一、協(xié)程介紹

協(xié)程是一種用戶級輕量線程,，不僅擁有自己的寄存器上下文和棧,，而且可以由用戶自主調(diào)度執(zhí)行，我們可以在一個線程里面輕松創(chuàng)建數(shù)十萬個協(xié)程,，就像數(shù)十萬次普通函數(shù)調(diào)用一樣輕松,。相對于普通函數(shù)只有一次進出，協(xié)程可以有多次進出的能力,，它通過將函數(shù)上下文數(shù)據(jù)（主要指寄存器和函數(shù)棧）保存起來,，在特定的時刻恢復回去繼續(xù)執(zhí)行來實現(xiàn)的,。在linux里，可以通過getcontext和swapcontext等接口來實現(xiàn)協(xié)程,。

下面展示了一個典型協(xié)程應用的場景,，某個功能分為3個步驟，分布在兩個進程A,、B上,，A執(zhí)行步驟1，需要向B發(fā)出消息完成步驟2,，等待返回后完成步驟3：

可以看到協(xié)程擁有將一個異步過程轉(zhuǎn)化為同步過程的非凡能力,，大大減輕了我們的開發(fā)工作量。

協(xié)程主要分為對稱式（symmetric）,、非對稱（asymmetric）式兩種（參見boost協(xié)程庫）,，兩者的主要區(qū)別在于：

1、對稱協(xié)程只提供一種傳遞操作,，用于在協(xié)程間直接傳遞控制,，協(xié)程每次需要掛起時需要指定一個明確切換的目標協(xié)程，也就是說控制權(quán)只能在協(xié)程間跳轉(zhuǎn),。

2,、非對稱協(xié)程提供調(diào)用和掛起兩種操作，掛起時控制權(quán)返回給調(diào)用者,。被調(diào)用的協(xié)程可以看成時從屬于調(diào)用者,，這種協(xié)程在日常使用中更常見，上文的例子就屬于非對稱式,。

二,、協(xié)程在游戲中的應用

      游戲服務端往往會按照業(yè)務特點拆分成多種角色，例如天涯明月刀服務器主要包含：world（負責玩家登錄,、場景管理等）,、scene（場景服務器）、social（幫派）,、home（家園）,、auction（拍賣）等。玩家從一個場景跳轉(zhuǎn)到另外一個場景,，牽涉到world和scene兩種角色的服務器,，主要包括創(chuàng)建新場景、離開舊場景,、進入新場景,、舊場景的銷毀四個異步操作，狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下：

 兩個狀態(tài)機定義代碼如下：

     我們可以看到場景跳轉(zhuǎn)過程中的每一個異步操作都帶來了一個中間狀態(tài),，比如創(chuàng)建新場景帶來了actor_in_waitlist狀態(tài),、離開舊場景帶來了actor_wait_leave_old狀態(tài),。這么多的中間狀態(tài)不僅帶來了開發(fā)上的難度，而且使項目的維護成本極高,，使用協(xié)程對跳轉(zhuǎn)過程中的中間狀態(tài)進行收斂就顯得格外有必要,。

     將這四個異步操作歸并到一個協(xié)程trans中，如下所示：

　　最終玩家和場景的眾多狀態(tài)得到了有效的收斂,，結(jié)果如下：

三,、天涯明月刀協(xié)程應用存在的問題

天涯明月刀服務器通過共享內(nèi)存實現(xiàn)了一種resume的機制，將狀態(tài)數(shù)據(jù)存放在共享內(nèi)存中,，游戲進程crash后再次重啟attach原共享內(nèi)存,，所有狀態(tài)得到恢復，玩家不受影響,。resume機制使游戲容災能力得到很大程度的提升,，但同時也讓上文所述的普通協(xié)程失去了作用，主要有以下兩點原因：

（1）resume后?；刂?、堆基地址等發(fā)生了變化，寄存器上下文中保存的地址將會失效,；

（2）協(xié)程棧內(nèi)用戶使用的指針也將失效,；

如果我們切換時不保存函數(shù)的上下文（寄存器上下文和棧），僅記錄函數(shù)的執(zhí)行位置,，并作為函數(shù)的一個參數(shù)傳遞,，函數(shù)每次調(diào)用時根據(jù)這個參數(shù)直接跳到相應的位置執(zhí)行，函數(shù)的位置作為一個值記錄在共享內(nèi)存中,，這樣自然的解決了普通協(xié)程失效的問題,?；谶@種思路,，利用switch case實現(xiàn)了一種無棧協(xié)程的方案，成功模擬了普通協(xié)程的語義,，取得了很好的應用效果,。

      我們首先來看一下一個叫達夫設備（Duff's Device）的代碼：

voidsend_duff(char *to, char *from, int count)

{

        int n = (count 7) / 8;

        switch(count% 8) {

        case0: do {    *to = *from ;

        case7:         *to = *from ;

        case6:         *to = *from ;

        case5:         *to = *from ;

        case4:         *to = *from ;

        case3:         *to = *from ;

        case2:         *to = *from ;

        case1:         *to = *from ;

                }while(--n > 0);

        }

}

代碼的結(jié)構(gòu)顯得非常巧妙，把一個switch語句和一個do-while語句糅合在了一起,。程序的執(zhí)行流程是：程序一開始順序執(zhí)行,，當它執(zhí)行到了switch的時候，就會根據(jù)n的值,，直接跳轉(zhuǎn)到 case n那里,，程序繼續(xù)順序執(zhí)行，當它執(zhí)行到while那里時,，就會判斷循環(huán)條件,。若為真,，則while循環(huán)開始，程序跳轉(zhuǎn)到do那里開始執(zhí)行循環(huán),；為假,，則退出循環(huán)，即程序中止,。

這段代碼的本意是為了提高執(zhí)行的效率（一次比較能帶來多個賦值）,，但是我們在這主要關(guān)注它的奇特語法，可以看到switch case分支可以滲透到代碼中的任意地方,，如果能在我們需要異步處理的地方加上case分支后離開,，異步處理回來后可以利用switch直接跳轉(zhuǎn)到case分支處繼續(xù)往下執(zhí)行，從而模擬了普通協(xié)程的yield語義,。

利用 swich case對普通函數(shù)進行改造,，使其成為一個協(xié)程，改造過程如下：

改造完的代碼比較奇特,，建議將代碼實際運行一遍,，可以跟蹤到在step1后flag設置為1后函數(shù)退出，切換回來后跳過step1后執(zhí)行step2,，達到了我們需要的效果,。

閱讀上面的代碼馬上可以發(fā)現(xiàn)它的一個致命缺點：可讀性太差、不便于理解維護,。是否可以利用宏定義來簡化上面的代碼,，其中（1）定義如下：

　　（2）,、（3）定義如下：

　　經(jīng)簡化后協(xié)程代碼如下：

　　CORO_YIELD_IMPL中需要傳入1,、2等位置參數(shù)，這種參數(shù)對協(xié)程實際使用者沒有任何作用,，反而增加了理解負擔,，可以利用編譯器計數(shù)器__COUNTER__自動設置位置參數(shù)：

　　至此，一個通用的無棧協(xié)程基本實現(xiàn),，我們只要對函數(shù)增加一個位置參數(shù)并默認為0,，即可將其改造為一個協(xié)程，最終一個協(xié)程如下：

　　只要將coro_data保存起來,，隨時都可以再次恢復現(xiàn)場,，做到了使異步操作同步化，降低了異步開發(fā)的復雜性,、提高了代碼的可維護性,。在天刀的實際應用中根據(jù)應用場景還會對上述無棧協(xié)程進一步封裝，實現(xiàn)了一個協(xié)程管理器,，實現(xiàn)了更多的功能,，這個以后有機會還會談到,。

四、總結(jié)

  上文所述的無棧協(xié)程成功的解決了普通有棧協(xié)程在resume失效的問題,，同有棧協(xié)程相比,，優(yōu)點：

   1、切換時,，不涉及內(nèi)核態(tài)切換,，類似于普通函數(shù)調(diào)用效率更高。

   2,、不用考慮有棧協(xié)程中的由于棧開辟空間太小導致的棧溢出的問題,。

   3、代碼小巧,，跨平臺,。

   缺點：

   由于其不保存上下文，函數(shù)棧內(nèi)的零時變量都不會保存,，只能依賴傳遞的參數(shù)再次恢復數(shù)據(jù),。