PHP `swoole/go` 语法糖下的协程调度与上下文切换

各位观众老爷，晚上好！我是今天的主讲人，很高兴能和大家聊聊 PHP swoole/go 语法糖下协程的那些事儿。今天咱们不搞那些云里雾里的概念，就用大白话，加上代码，把协程的调度和上下文切换给它扒个精光。

一、协程是个啥玩意儿？先来段通俗易懂的解释

话说，以前咱们写 PHP 代码，那都是单线程的干活。一个请求来了，PHP 解释器就老老实实地一步一步执行，遇到个耗时的操作，比如读数据库，读文件，那就得傻傻地等着，后面的代码也得跟着一起等。这效率，简直让人捉急！

后来，人们就想，能不能让 PHP 也像那些多线程的语言一样，并发地干活呢？但是多线程那玩意儿，资源消耗大，切换起来也慢。于是，协程就应运而生了。

你可以把协程想象成一个“轻量级线程”，但是它和线程最大的区别是：线程是操作系统调度的，而协程是程序员自己控制的。这就意味着，协程的切换，不需要经过操作系统内核，而是直接在用户态完成，速度那是杠杠的！

更简单地说，协程就像是一个“时间管理大师”，它可以在一个任务阻塞的时候，主动让出 CPU，去执行其他的任务。等原来的任务好了，再回来接着干。这样，就能充分利用 CPU 的时间，提高程序的并发能力。

二、Swoole/Go 语法糖：让协程用起来更爽

Swoole 大家都知道，是 PHP 的一个高性能网络通信引擎。它提供了创建协程的能力。而 swoole/go 语法糖，则是 Swoole 提供的一种更简洁的协程编程方式。

以前用 Swoole 写协程，可能要这样：

<?php
use SwooleCoroutine;

Coroutine::create(function () {
    echo "协程 1 开始n";
    Coroutine::sleep(1); // 模拟耗时操作
    echo "协程 1 结束n";
});

Coroutine::create(function () {
    echo "协程 2 开始n";
    Coroutine::sleep(2); // 模拟耗时操作
    echo "协程 2 结束n";
});

echo "主线程结束n";

但是用了 swoole/go 语法糖，就可以这样：

<?php

go(function () {
    echo "协程 1 开始n";
    co::sleep(1); // 模拟耗时操作
    echo "协程 1 结束n";
});

go(function () {
    echo "协程 2 开始n";
    co::sleep(2); // 模拟耗时操作
    echo "协程 2 结束n";
});

echo "主线程结束n";

是不是感觉清爽多了？ go() 函数就是 Swoole 提供的语法糖，它会把传入的匿名函数放到一个新的协程中执行。 co::sleep() 则是协程版本的 sleep() 函数，它不会阻塞整个进程，而是只会阻塞当前的协程。

三、协程调度：谁来决定谁先干活？

协程的调度，是指在多个协程之间，如何分配 CPU 时间，决定哪个协程先执行，哪个协程后执行。Swoole 的协程调度器，采用的是一种叫做“非抢占式调度”的方式。

啥叫“非抢占式调度”呢？简单来说，就是协程自己主动让出 CPU，而不是被操作系统强制切换。

具体来说，Swoole 的协程调度器会维护一个协程队列。当一个协程创建的时候，它会被放到队列的末尾。调度器会从队列的头部取出一个协程，让它执行。

当协程遇到以下情况时，会主动让出 CPU：

执行了 co::sleep() 函数。
执行了 I/O 操作（比如读写文件、读写网络）。
主动调用 SwooleCoroutine::yield() 函数。

当协程让出 CPU 的时候，调度器会把这个协程放到队列的末尾，然后从队列的头部取出一个新的协程来执行。

我们可以用一个表格来总结一下：

操作	效果
`go(function(){ ... });`	创建一个新的协程，并将其放入协程队列。
`co::sleep($seconds);`	让当前协程休眠指定的秒数，并让出 CPU。休眠结束后，协程会被重新放入协程队列。
I/O 操作	当协程执行 I/O 操作时，会注册一个回调函数。当 I/O 操作完成时，回调函数会被执行，协程也会被重新放入协程队列。
`SwooleCoroutine::yield()`	显式地让当前协程让出 CPU。这允许你手动控制协程的执行顺序。 `SwooleCoroutine::resume()` 可以用于稍后恢复协程的执行。非常适合实现更复杂的协作式并发模式，例如生成器和迭代器，或者在某些特定的同步场景中。可以控制协程在特定点暂停，然后在稍后的时间点恢复执行。

四、上下文切换：协程之间怎么传递数据？

协程的上下文切换，是指在协程切换的时候，如何保存和恢复协程的状态。这个状态包括：

协程的栈空间。
协程的寄存器。
协程的局部变量。

Swoole 的协程调度器，会在协程切换的时候，把当前协程的状态保存起来，然后恢复下一个协程的状态。这样，协程就可以无缝地切换，就像在同一个线程中执行一样。

那么，协程之间怎么传递数据呢？ Swoole 提供了以下几种方式：

全局变量： 这是最简单的方式，但是也是最不推荐的方式。因为全局变量容易造成命名冲突，而且难以维护。

<?php

$data = null;

go(function () {
    global $data;
    $data = "Hello from coroutine 1";
    co::sleep(1);
    echo "Coroutine 1: " . $data . "n";
});

go(function () {
    global $data;
    co::sleep(0.5);
    echo "Coroutine 2: " . $data . "n";
});

Channel（通道）： Channel 是一种线程安全的数据结构，可以在协程之间传递数据。 Swoole 提供了 SwooleCoroutineChannel 类来实现 Channel。

<?php

$channel = new SwooleCoroutineChannel(1); // 创建一个容量为 1 的 Channel

go(function () {
    global $channel;
    $channel->push("Hello from coroutine 1"); // 把数据放入 Channel
    echo "Coroutine 1: Sent data to channeln";
});

go(function () {
    global $channel;
    $data = $channel->pop(); // 从 Channel 中取出数据
    echo "Coroutine 2: Received data from channel: " . $data . "n";
});

协程上下文： Swoole 提供了 SwooleCoroutine::getContext() 函数，可以获取当前协程的上下文对象。你可以把数据存储在上下文对象中，然后在其他的协程中获取。

<?php

go(function () {
    $context = SwooleCoroutine::getContext();
    $context->data = "Hello from coroutine 1";
    co::sleep(1);
    echo "Coroutine 1: " . $context->data . "n";
});

go(function () {
    co::sleep(0.5);
    $context = SwooleCoroutine::getContext();
    echo "Coroutine 2: " . $context->data . "n";
});

闭包变量： 利用 PHP 闭包的 use 关键字，可以将外部变量传递到协程中。

<?php

$message = "Hello from main thread";

go(function () use ($message) {
    echo "Coroutine: " . $message . "n";
});

五、实战演练：用协程优化一个简单的 HTTP 服务器

咱们来写一个简单的 HTTP 服务器，看看用协程能带来多大的性能提升。

首先，我们用传统的阻塞式的方式来实现：

<?php

$server = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:9501", $errno, $errstr);

if (!$server) {
    die("Could not create server: [$errno] $errstrn");
}

while (true) {
    $conn = stream_socket_accept($server, -1);
    if ($conn) {
        $request = fread($conn, 8192);
        // 模拟耗时操作
        sleep(1);
        $response = "HTTP/1.1 200 OKrnContent-Type: text/plainrnrnHello, world!n";
        fwrite($conn, $response);
        fclose($conn);
    }
}

fclose($server);

这个服务器很简单，就是监听 9501 端口，接收 HTTP 请求，然后返回一个 "Hello, world!" 的响应。但是，由于 sleep(1) 的存在，每个请求都要等待 1 秒才能处理，并发能力很差。

现在，我们用协程来优化一下：

<?php

use SwooleCoroutine as co;
use SwooleCoroutineServer;

$server = new Server('0.0.0.0', 9501, false, false);

$server->handle(function ($socket) {
    $request = $socket->recv();
    // 模拟耗时操作
    co::sleep(1);
    $response = "HTTP/1.1 200 OKrnContent-Type: text/plainrnrnHello, world!n";
    $socket->send($response);
    $socket->close();
});

$server->start();

在这个版本中，我们使用了 Swoole 的协程服务器，并将请求处理逻辑放在一个协程中执行。 co::sleep(1) 不会阻塞整个进程，而是只会阻塞当前的协程。这样，服务器就可以并发地处理多个请求，大大提高了并发能力。

六、踩坑指南：使用协程需要注意的几个问题

虽然协程很强大，但是在使用的时候，还是有一些坑需要注意的：

阻塞式 I/O： 协程最怕的就是阻塞式 I/O。如果在一个协程中执行了阻塞式 I/O 操作，那么整个进程都会被阻塞。所以，在使用协程的时候，一定要使用非阻塞式 I/O。 Swoole 提供了很多非阻塞式 I/O 的 API，比如 swoole_async_read(), swoole_async_write() 等。
资源竞争： 多个协程同时访问同一个资源的时候，可能会发生资源竞争。为了避免资源竞争，可以使用锁或者 Channel 来进行同步。
死锁： 协程之间也可能会发生死锁。死锁是指两个或多个协程互相等待对方释放资源，导致所有协程都无法继续执行的情况。为了避免死锁，可以使用超时机制或者避免循环依赖。
全局状态污染： 虽然协程的上下文是隔离的，但是如果不小心使用了全局变量，仍然可能导致状态污染。尽量避免在协程中使用全局变量，或者使用 SwooleCoroutine::getContext() 创建协程级别的状态。
异常处理： 协程中抛出的未捕获异常可能会导致程序崩溃。确保在协程中进行适当的异常处理，或者使用 SwooleCoroutine::set() 全局设置异常处理回调。

七、总结：协程的未来

总而言之，PHP 的 swoole/go 语法糖让协程编程变得更加简单和优雅。协程可以大大提高 PHP 程序的并发能力，让 PHP 也能处理高并发的请求。但是，在使用协程的时候，也要注意一些坑，避免踩雷。

随着 Swoole 的不断发展，协程在 PHP 中的应用也会越来越广泛。相信在不久的将来，协程会成为 PHP 开发者的必备技能。

今天的讲座就到这里，谢谢大家的观看！希望大家能从中学到一些东西，并在实际开发中应用起来。咱们下期再见！

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