一文彻底搞懂协程（coroutine）是什么

一文彻底搞懂协程（coroutine）是什么

协程是一种轻量级的用户态线程，其切换时机由程序员控制。本文将从协程的基本概念出发，通过代码示例展示协程的工作原理，并详细比较协程与线程、进程之间的关系和特点。

什么是协程

总结：程序员可以控制的，类似用户级线程

我们可以简单的认为：协程就是用户态的线程，但是上下文切换的时机是靠调用方（写代码的开发人员）自身去控制的。
同时，协程和用户态线程非常接近，用户态线程之间的切换不需要陷入内核，但部分操作系统中用户态线程的切换需要内核态线程的辅助。
下面是一个简单的例子：

  
void A() {
   cout << 1 << " ";
   cout << 2 << " ";
   cout << 3 << " ";
}
 
void B() {
   cout << "x" << " ";
   cout << "y" << " ";
   cout << "z" << " ";
}
 
int main(void) {
  A();
  B();
}
  

在单线程中，上述函数的输出为：

  
1 2 3 x y z
  

如果我们用 libco 库将上面程序改造一下：

  
void A() {
   cout << 1 << " ";
   cout << 2 << " ";
   co_yield_ct();  // 切出到主协程
   cout << 3 << " ";
}
 
void B() {
   cout << "x" << " ";
   co_yield_ct();  // 切出到主协程
   cout << "y" << " ";
   cout << "z" << " ";
}
 
int main(void) {
  ...  // 主协程
  co_resume(A);  // 启动协程 A
  co_resume(B);  // 启动协程 B
  co_resume(A);  // 从协程 A 切出处继续执行
  co_resume(B);  // 从协程 B 切出处继续执行
}
  

同样在单线程中，改造后的程序输出如下：

  
1 2 x 3 y z
  

可以看出，切出操作是由 co_yield_ct() 函数实现的，而协程的启动和恢复是由 co_resume 实现的。函数 A() 和 B() 并不是一个执行完才执行另一个，而是产生了 “交叉执行“ 的效果，这就是通过协程实现的！
线程挺好的，我们为什么需要协程呢？
因为有些时候我们在执行一些操作（尤其是IO操作）时，不希望去做“创建一个新的线程”这种重量级的操作来异步处理。而是希望：在当前线程执行中，暂时切换到其他任务中执行，同时在IO真正准备好了之后，再切换回来继续执行！
相比于多开一个线程来操作，使用协程的好处：

减少了线程的重复高频创建；

尽量避免线程的阻塞；

提升代码的可维护与可理解性（毕竟不需要考虑多线程那一套东西了）；
同时，下面是一些协程的特点：

协程可以主动让出 CPU 时间片；（注意：不是当前线程让出 CPU 时间片，而是线程内的某个协程让出时间片供同线程内其他协程运行；）

协程可以恢复 CPU 上下文；当另一个协程继续执行时，其需要恢复 CPU 上下文环境；

协程有个管理者，管理者可以选择一个协程来运行，其他协程要么阻塞，要么ready，或者died；

运行中的协程将占有当前线程的所有计算资源；

协程天生有栈属性，而且是 lock free；

协程、线程和进程之间的关系

协程、线程、进程之间的关系和比较

特性 进程 线程 协程
执行单位 独立的执行单元 进程内的执行单元 线程内的执行单元
内存空间 独立内存空间 共享进程内存空间 共享线程内存空间
切换开销 高 较低 最低
通信方式 IPC（进程间通信） 共享内存 共享内存、共享状态
调度方式 由操作系统内核调度 由操作系统内核调度 由用户程序自行调度
并发/并行性 并发和并行 并发和并行 并发（单线程），多线程可并行
应用场景 独立程序、服务器进程等 多任务处理、并发编程 IO 密集型任务、异步编程

协程、线程、进程的关系总结

• 进程包含线程: 一个进程可以包含多个线程，线程是进程的组成部分，多个线程共享进程的资源。
• 线程包含协程: 一个线程可以包含多个协程，协程是在用户态实现的轻量级线程，可以在单个线程内部实现多任务切换。
• 协程与线程、进程的区别: 协程与线程、进程最大的区别在于调度方式。进程和线程由操作系统调度，协程由用户程序自行调度，切换更加高效。

适用场景

进程: 适用于需要高隔离度、稳定性较高的场景，比如独立服务、数据库等。
线程: 适用于计算密集型任务、多任务并发执行、利用多核 CPU 的场景，比如 Web 服务器、数据处理等。
协程: 适用于 IO 密集型任务、异步编程、轻量级多任务切换的场景，比如网络爬虫、异步框架等。