Swoole 协程快速上手

最近有幸读到 daydaygo 的 swoole 协程初体验，一文从协程的执行的角度窥探 Swoole 的协程调度，并详细说明了为什么协程会快。

文章通俗易懂，笔者在此基础上增加了一些自己的理解，以此成文。

主要从以下两个方面来了解协程：

1. 协程的执行顺序：协程调度
2. 协程为什么快：减少IO阻塞带来的性能优势

协程执行顺序

按照惯例，先来看一个最简单的协程代码。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

<?php
go(function () {
    echo "1".PHP_EOL;
});

echo "2".PHP_EOL;

go(function () {
    echo "3".PHP_EOL;
});

在Swoole中 Swoole\Coroutine::create 等价于 go 函数（Swoole\Coroutine 前缀的类名可以映射为 Co），用于创建一个协程。

该函数接受一个回调函数作为参数，回调函数的内容就是协程需要执行的内容。

上面的代码执行结果为：

1
2
3

1
2
3

从执行结果的角度来看，协程版的代码和传统的同步代码，看起来并无差异。但协程的实际执行过程却是：

1. 运行上面那段协程代码，生成一个新进程
2. 当代码执行到go()部分时，会在当前协程中创建一个协程，输出1，协程退出
3. 代码继续向下执行，输出 2
4. 再次遇到go()函数，输出3
5. 协程退出，进程退出，执行完成

协程调度

\Co::sleep() 函数和sleep()函数差不多，但是它模拟的是 IO 等待。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

<?php
go(function () {
  // 只新增了一行代码
	Co::sleep(1);
	echo "1".PHP_EOL;
});

echo "2".PHP_EOL;

go(function () {
	echo "3".PHP_EOL;
});

执行结果如下：

1
2
3

2
3
1

怎么不是顺序执行的了？实际执行过程：

1. 运行上面那段协程代码，生成一个新进程
2. 遇到 go()，在当前进程中创建一个协程
3. 协程向下执行遇到IO 阻塞，协程让出控制，进入协程调度队列
4. 进程继续向下执行，输出 2
5. 创建第二个协程，输出3
6. 第一个协程准备就绪，输出 1
7. 协程退出，进程退出，执行完成

到这里，已经可以看到Swoole 中协程与进程的关系，以及协程调度的过程。

下面这张图可以很清晰的看到二者区别与联系：

协程快在哪里？

大家使用协程，听到最多的原因，可能就是因为协程快。那协程相比传统同步代码倒底快在哪里呢？

首先，我们来了解一下计算机中的两类任务。

CPU密集型

CPU 密集型也叫计算密集型， 特点是需要进行大量科学计算，比如计算圆周率、对视频进行高清解码，吃CPU。

IO 密集型

涉及到网络、磁盘IO的任务都是IO密集型任务，特点是不吃CPU，任务的大部分时间都在等待IO操作完成，因为IO的速度远远低于CPU和内存的速度。

其次需要了解两个概念：

• 并行：同一时刻，同一CPU只能执行一个任务，要N个任务同时执行，就需要有多个CPU 才行。
• 并发：同一时刻执行N 个任务。由于CPU 任务切换速度非常快，已经快到了人类感知极限。

了解了这些基础之后，对协程的能力是不是也更清晰了一些，以及协程为什么会“快”了。

因为协程仅在 IO阻塞 时才会触发调度，从而减少等待IO 操作完成的时间。

协程实践

通过对比下面三种情况，加深对协程的理解：

同步阻塞版：

1
2
3
4
5
6
7

<?php
$n = 4;
for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
	sleep(1);
	echo $i . PHP_EOL;
};
echo "ok";

单个协程版：

1
2
3
4
5
6
7
8
9

<?php
$n = 4;
Co\Run(function () use ($n) {
	for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
		Co::sleep(1);
		echo $i . PHP_EOL;
	};
});
echo "ok";

多个协程版1.0（IO 密集型）：

1
2
3
4
5
6
7
8
9

<?php
$n = 4;
for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
	go(function () use ($i) {
		 Co::sleep(1);
		echo $i . PHP_EOL;
	});
};
echo "ok";

通过 time 命令分别查看耗时时长，可以得出以下结论：

• 传统同步阻塞：遇到 IO阻塞，等待，导致性能损失
• 单协程：尽管 IO阻塞引发了协程调度，但有且只有一个协程
• 多协程：遇到 IO阻塞 时发生调度，IO就绪时恢复运行

多个协程版2.0（CPU 密集型）：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

<?php
$n = 4;
for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
	go(function () use ($i) {
		 sleep(1);
		 // Co::sleep(1);
		echo $i . PHP_EOL;
	});
};
echo "ok";

只是将 Co::sleep() 改成了 sleep()，会发现总耗时时长又和传统同步阻塞差不多了，这是因为：

• sleep() 可以看做是 CPU密集型任务, 不会引起协程的调度
• Co::sleep() 模拟的是 IO密集型任务, 会引发协程的调度

这也是为什么, 协程适合 IO密集型 的应用，而不适合 CPU 密集型任务。

参考链接

• swoole| swoole 协程初体验