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本文講的協(xié)程主要以kotlin為主，同時(shí)可能參考python,go，但是會(huì)盡量避免使用代碼，而是嘗試用通俗的語(yǔ)言來(lái)聊協(xié)程的發(fā)展歷程，盡量保證大家都能理解。
近些年，一些編程語(yǔ)言的新貴Go和Kotlin紛紛引入了協(xié)程這個(gè)語(yǔ)言特性，使得協(xié)程這個(gè)似乎十分陌生的概念開(kāi)始頻繁進(jìn)入大家的視野，為了便于理解，開(kāi)發(fā)者們都把它當(dāng)作線程的小弟來(lái)對(duì)待，即輕量級(jí)線程?？墒钦嬉?xì)說(shuō)起來(lái)，協(xié)程其實(shí)是很早就出現(xiàn)的一個(gè)編程概念，它的出現(xiàn)甚至是是早于線程的，但是就編程語(yǔ)言的江湖地位而言，協(xié)程是不如線程的，所以向線程低頭叫爸爸不奇怪。
看了我上面的介紹，大家一定很納悶，你說(shuō)協(xié)程出現(xiàn)早，有資歷，那為啥幾十年的編程語(yǔ)言發(fā)展下來(lái)就就混成了這副咸魚(yú)樣?線程出現(xiàn)晚，但怎么就一棵星星之火點(diǎn)著了編程語(yǔ)言的草原。成為了編程語(yǔ)言中的重要概念呢??再者，協(xié)程幾十年的咸魚(yú)一條，到如今怎么突然有了夢(mèng)想，翻身把歌唱的呢?
今天就和大家一起來(lái)梳理一下協(xié)程的整個(gè)發(fā)展歷程，希望能幫助大家更加理解協(xié)程。
協(xié)程的出現(xiàn)
咱們先來(lái)說(shuō)說(shuō)協(xié)程的歷史，以及它是怎么混的這么慘的，畢竟悲催的人生都需要一個(gè)解釋。
協(xié)程最早誕生于1958年，被應(yīng)用于匯編語(yǔ)言中(距今已有60多年了)，對(duì)它的完整定義發(fā)表于1963 年，協(xié)程是一種通過(guò)代碼執(zhí)行的恢復(fù)與暫停來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)作式的多任務(wù)的程序組件。
而與此同時(shí)，線程的出現(xiàn)則要晚一些，伴隨著操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，線程大概在1967年被提出。線程作為由操作系統(tǒng)調(diào)度最小執(zhí)行組件，主要用于實(shí)現(xiàn)搶占式的多任務(wù)。
既然大家都搞多任務(wù)，按說(shuō)誰(shuí)也不能比誰(shuí)強(qiáng)多少啊，況且協(xié)程還早生幾年，理論上通過(guò)自身努力發(fā)展，在編程語(yǔ)言中占據(jù)核心地位是極有可能的。
但是這協(xié)程的發(fā)展啊，一方面當(dāng)然要靠自我?jiàn)^斗，另一方面，也要考慮歷史進(jìn)程。而上個(gè)世紀(jì)七八九十年代，是計(jì)算機(jī)瘋狂朝著小型化和個(gè)人化的方向演進(jìn)的時(shí)代，計(jì)算機(jī)非常依賴操作系統(tǒng)來(lái)提供用戶交互和壓榨CPU的最大性能，而操作系統(tǒng)怎么來(lái)壓榨計(jì)算機(jī)性能的呢?靠多線程。操作系統(tǒng)跟隨個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及之后，編程語(yǔ)言自然也開(kāi)始依賴操作系統(tǒng)提供的接口來(lái)駕馭計(jì)算機(jī)了，線程成了幾乎所有編程語(yǔ)言跳不過(guò)的一個(gè)重要概念，并一直延續(xù)至今。
到這里你可能要問(wèn)了，大家都是搞多任務(wù)的，為什么線程能提升cpu的資源利用率，協(xié)程不能呢?
當(dāng)然有很多其他的原因能解釋，但最本質(zhì)的原因仍然是協(xié)程和線程是有顯著區(qū)別的兩個(gè)概念，到這里我們就要回過(guò)頭來(lái)聊聊什么叫協(xié)作式多任務(wù)，什么叫搶占式多任務(wù)?以及這兩種任務(wù)是否是同一種概念?
- 協(xié)作式多任務(wù)：
上圖是一個(gè)壽司生產(chǎn)的部分工序，我們可以把圖中的傳送轉(zhuǎn)盤(pán)和機(jī)器抓手可視作兩個(gè)任務(wù)，一起協(xié)作完成了食物的生產(chǎn)。這就是協(xié)作式多任務(wù)。協(xié)作式的多任務(wù)要求任務(wù)之間相互熟悉，才能實(shí)現(xiàn)協(xié)作。
- 搶占式多任務(wù)：
喂金魚(yú)的場(chǎng)景，一把飼料下去，所有金魚(yú)馬上圍上來(lái)一搶而空，這里每個(gè)金魚(yú)都相當(dāng)于一個(gè)任務(wù)線程，這就是搶占式多任務(wù)。而搶占式多任務(wù)(線程)之間不需要了解和配合，只有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。
上面兩張圖，比較生動(dòng)的展示了協(xié)作式多任務(wù)(協(xié)程)和搶占式多任務(wù)(多線程)之間的區(qū)別。我們能夠發(fā)現(xiàn)，協(xié)程更加適合那些相互熟悉的任務(wù)組件通過(guò)密切配合協(xié)作完成某些工作，協(xié)作式多任務(wù)里的“任務(wù)”是一種子程序(可稱為函數(shù))。搶占式多任務(wù)里的任務(wù)則是指能搶占資源的組件或代碼(其實(shí)就是線程)，這里的多任務(wù)也就是多線程。所以說(shuō)，協(xié)程和線程本來(lái)是差異非常大的兩種概念，他們的能力是不同的，而線程的這種能力正好迎合了那個(gè)時(shí)代的需求。自我?jiàn)^斗+歷史進(jìn)程是線程成功的主要原因。
當(dāng)然，在另一方面，也由于協(xié)程是基于編程語(yǔ)言層面的一種概念，它并沒(méi)有統(tǒng)一定義的接口，因此在不同的語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)后的效果是不同的，這也會(huì)對(duì)開(kāi)發(fā)者造成極大的困擾，不利于它的推廣。而反觀線程，通過(guò)操作系統(tǒng)的統(tǒng)一接口，定義了大體相同的線程使用方式，保證了不同的編程語(yǔ)言都對(duì)線程的使用是大體一致。
講到這里，我們來(lái)總結(jié)下協(xié)程早期發(fā)展不順的原因：
- 協(xié)程沒(méi)有代表先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展要求，先進(jìn)文化的前進(jìn)方向，和最廣大開(kāi)發(fā)者的根本利益[手動(dòng)狗頭]。
- 協(xié)程在不同編程語(yǔ)言中，它的實(shí)際表現(xiàn)有差異，非常不利于開(kāi)發(fā)者的理解和使用。
以上兩點(diǎn)，就是協(xié)程幾十年以來(lái)一直不溫不火的原因。我們也看到，雖然看起來(lái)都在搞多任務(wù)，但是協(xié)程和線程實(shí)際是沒(méi)有太多交集的。
咸魚(yú)翻身
雖說(shuō)協(xié)程這種協(xié)作式多任務(wù)的組件不能提高程序執(zhí)行的效率，似乎沒(méi)有太廣泛的應(yīng)用前景，但這協(xié)程吶，也不能隨意否定自己，因?yàn)椴恢朗裁磿r(shí)候，你就突然被歷史進(jìn)程給關(guān)照了。
還是從線程說(shuō)起，雖然線程成為編程世界的重要概念，但是在多年的使用過(guò)程中開(kāi)發(fā)者們也逐漸意識(shí)到了它的痛點(diǎn)：
- 線程之間(異步代碼)難以交互難度比較大，往往只能用callback，大量的callback會(huì)代碼難以閱讀和理解，最終讓項(xiàng)目變得難以維護(hù)。
簡(jiǎn)單說(shuō)就是在開(kāi)發(fā)者端，線程之間如何更方便的交互。
而這里協(xié)程能做什么呢?
或許我再重新表達(dá)一下線程的痛點(diǎn)：在開(kāi)發(fā)者端，線程之間如何更方便的協(xié)作。
回想一下，我們是怎么介紹協(xié)程的?協(xié)作式多任務(wù)對(duì)吧，還記得上圖中的轉(zhuǎn)盤(pán)和機(jī)器抓手的協(xié)作么?我們當(dāng)時(shí)說(shuō)這兩個(gè)任務(wù)更像是兩個(gè)函數(shù)的協(xié)作，但如果把轉(zhuǎn)盤(pán)和機(jī)器抓手視作兩個(gè)線程呢?借助編譯器，把線程封裝成一個(gè)個(gè)能暫停和恢復(fù)的函數(shù)，線程是不是就可以像協(xié)程設(shè)計(jì)的那樣協(xié)作呢?
我們還是從代碼層面來(lái)看看如今協(xié)程是如何被使用的吧。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的需求：社區(qū)內(nèi)用戶進(jìn)行發(fā)帖時(shí)，需要先從后臺(tái)驗(yàn)證發(fā)帖權(quán)限，請(qǐng)求兩個(gè)接口，那么可能我們需要嘗試開(kāi)啟兩個(gè)線程先后來(lái)完成。
- 普通的callback代碼：
- fun tryPost(){
- // 先通過(guò)接口驗(yàn)證權(quán)限 （實(shí)際開(kāi)啟了一個(gè)線程，然后等待回調(diào)）
- findUserPermission(user,callback()){
- public void onSuccess(UserPermission response){
- // 回調(diào) 如果成功 ,檢查是否有權(quán)限
- if(response.hasPermission){
- // 如果有權(quán)限，則訪問(wèn)發(fā)帖接口 （同樣開(kāi)啟線程，等待回調(diào)）
- postContent(content,callback()){
- public void onSuccess(Result response){
- // handle successful response
- }
- public void onFail(){
- }
- }
- }else{
- // 如果無(wú)權(quán)限，則......
- }
- }
- public void onFail(){
- }
- }
- }
這是比較常見(jiàn)的做法，我們需要訪問(wèn)兩次接口，而交互只能在callback中進(jìn)行，但是其實(shí)代碼已經(jīng)很難看了，如果還有其他的邏輯的話，那代碼只會(huì)更加冗雜，難以維護(hù)。
那協(xié)程是怎么解決這種痛點(diǎn)的呢?我們看看(kotlin和python)協(xié)程的代碼如何實(shí)現(xiàn)這種需求：
- kotlin的協(xié)程代碼
- // 函數(shù)通過(guò)suspend關(guān)鍵字標(biāo)識(shí)，可以被協(xié)程調(diào)用，具備暫?；謴?fù)的能力 ,實(shí)際上仍然使用了io線程來(lái)完成接口請(qǐng)求
- suspend fun tryfindUserPermission():PermissionResponse ｛
- return withContext(Dispatchers.IO){
- findUserPermission(user)
- }
- ｝
- // 函數(shù)通過(guò)suspend關(guān)鍵字標(biāo)識(shí)，可以被協(xié)程調(diào)用
- suspend fun post():Result ｛
- return withContext(Dispatchers.IO) {
- postContent(content)
- }
- ｝
- fun tryPost(){
- //啟動(dòng)一個(gè)協(xié)程
- launch{
- //代碼執(zhí)行到這一行，讓出cpu,進(jìn)入暫停狀態(tài)，等待請(qǐng)求成功之后，會(huì)恢復(fù)執(zhí)行）
- var response = tryfindUserPermission() // 向后端訪問(wèn)用戶權(quán)限
- if(response.hasPermission){
- // 有權(quán)限則開(kāi)始發(fā)帖 （開(kāi)啟線程，讓出cpu,暫停執(zhí)行，等待恢復(fù)）
- var response = post()
- // handle response if need
- }
- }
- }
可以看到，在kotlin中，協(xié)程通過(guò)把線程里的代碼封裝成一種能暫停/恢復(fù)的函數(shù)，讓多線程之間的交互就像普通的函數(shù)一樣簡(jiǎn)單，不需要callback。
- python的協(xié)程代碼
- import asyncio
- // async 的關(guān)鍵字，表明這個(gè)函數(shù)可以被協(xié)程調(diào)用
- async def findUserPermission():
- // handle http request
- ...
- ...
- return response
- async def postContent():
- // handle http request
- ...
- ...
- return response
- async def main():
- // 嘗試獲取權(quán)限信息 同樣會(huì)讓出cpu,進(jìn)入暫停狀態(tài)，等待恢復(fù)
- reponse = await findUserPermission()
- // 判斷有權(quán)限的情況下，進(jìn)行發(fā)帖
- if response.hasPermission :
- res = await postContent()
- // handle response if need
- asyncio.run(main())
python通過(guò)協(xié)程處理這種問(wèn)題本質(zhì)和kotlin是一致的。
相信大家也能看到，協(xié)程在不同的語(yǔ)言中的表現(xiàn)方式是有差異的
通過(guò)上面幾段偽代碼，我們能夠比較清楚看到，協(xié)程能非常明顯的簡(jiǎn)化了線程之間協(xié)作復(fù)雜度，讓我們可以以編寫(xiě)同步代碼的方式來(lái)編寫(xiě)異步代碼，極大的簡(jiǎn)化你的邏輯，讓你的代碼容易維護(hù)。
那么協(xié)程是如何做到的呢?
雖然不同的語(yǔ)言中，協(xié)程有所差異，但是原理都差不多，編程語(yǔ)言的編譯器通過(guò)一些關(guān)鍵字(kotlin中用suspend，python中用async等)來(lái)修飾函數(shù)，在編譯期間根據(jù)關(guān)鍵字生成一些線程相關(guān)的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的暫?；謴?fù)的功能，從而實(shí)現(xiàn)把線程相關(guān)的代碼留在編譯期間產(chǎn)生，在開(kāi)發(fā)層面就能提供像普通函數(shù)一般的協(xié)作方式。
因?yàn)榻鉀Q了這個(gè)痛點(diǎn)，協(xié)程開(kāi)始變得越來(lái)越受開(kāi)發(fā)者歡迎。而協(xié)程通過(guò)編譯器的幫助把線程相關(guān)的代碼留在了編譯期間產(chǎn)生，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)操作協(xié)程就可以達(dá)到使用線程的目的，所以現(xiàn)在大家認(rèn)為協(xié)程是一種輕量級(jí)的線程。
對(duì)于多線程的協(xié)作，或者說(shuō)異步代碼之間的協(xié)作并不是只有協(xié)程一家解決方案，在JS中，有promise，Java中有RxJava等等，他們都致力于解決異步編程的相關(guān)問(wèn)題，希望能以編寫(xiě)同步代碼的方式來(lái)寫(xiě)異步代碼，目前來(lái)看，他們都做的很不錯(cuò)。
總結(jié)
大家對(duì)于協(xié)程的理解有很多分歧，但是對(duì)我而言，協(xié)程其實(shí)得分兩個(gè)階段來(lái)理解：
- 在協(xié)程誕生之初，只是用來(lái)解決編程中的某些特殊問(wèn)題的編程組件，它的多任務(wù)更像多個(gè)函數(shù)的組合協(xié)作執(zhí)行，那個(gè)時(shí)候，協(xié)程其實(shí)更像是一種具備暫?；謴?fù)的函數(shù)。但是這種功能似乎并不受歡迎，因此協(xié)程在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是比較小眾的。(此時(shí)協(xié)程和線程關(guān)系并不大)
- 如今它成為底層支持多線程的協(xié)作式多任務(wù)組件，很好的解決了線程協(xié)作的痛點(diǎn)，同時(shí)也逐漸變得越來(lái)越受歡迎，協(xié)程和線程的關(guān)系更加親密，它們似乎也變得更加相似。(如今你可以把協(xié)程視作一種輕量級(jí)線程)
而協(xié)程的發(fā)展歷程，其實(shí)也就是經(jīng)歷了這兩個(gè)階段。
當(dāng)前文章：聽(tīng)大佬聊聊Kotlin中把碼仔玩死的：協(xié)程
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