C++libco协程

什么是协程？

协程：协同运行的子程序（函数）；
协程：协同运行的进程（shell中的概念）

协程是能暂停执行以在之后恢复的函数。协程是无栈的：它们通过返回到调用方暂停执行，并且从栈分离存储恢复所要求的数据。这允许编写异步执行的顺序代码（例如不使用显式的回调来处理非阻塞 I/O），还支持对惰性计算的无限序列上的算法及其他用途。
协程可以被视为提供特殊控制流的语言级构造。
与抢占式线程相比，协程开关是协作的（程序员控制开关何时发生）。协程开关中不涉及内核。

单核情况下，线程和协程都是不能并行的，但是谁快？是协程更快，因为协程有更少的上下文切换，而且， 同一个线程内的不同协程之间的切换由用户态完成，而线程的切换需要内核态的cpu去保存上下文环境，所以协程更快。
多核的情况下，一个线程只能被一个cpu执行，那么当前，一个线程里的多个协程只能是并发的，不能是并行的，而多个线程下的多个协程就可以是并行的，并且速度也是更快。

协程可以干什么？

当一个函数阻塞线程的时候，我们为了将同步改为异步，我们一般会选择多线程或者使用回调机制来将同步改成异步，用的最多的就是IO多路复用，但是，协程，既没有用线程，也没有用IO多路复用技术，就能实现不同函数之间的异步执行，从来提升了效率，在不使用线程，即没有上下文切换的负担下完成了高并发。

比如，当做IO的时候，我们可以把当前的线程thread_yield出让调度器，去执行别的线程，等再次调度到这个线程的时候再继续执行，这样会有一次上下文切换，比较浪费时间，所以诞生了IO多路复用，它类似Qt的信号槽机制，类似信号，IO进行的时候，我就去做别的事情，等io做完了，给我一个信号，或者给我一个信息，我执行相应的函数。

C++20已经提出了协程的概念，并完成了底层函数，但是没有提供标准库。
Libco为腾讯开源的C++常用的协程库。
libco通过仅有的几个函数接口 co_create/co_resume/co_yield 再配合 co_poll，可以支持同步或者异步的写法，如线程库一样轻松。同时库里面提供了socket族函数的hook，使得后台逻辑服务几乎不用修改逻辑代码就可以完成异步化改造。、

我一直感觉协程和IO多路复用技术很像，有点分不清，网传了一篇文章，说实际在业务上的IO多路复用，常常因为需要保存事件前后的状态而变得复杂，而协程恰恰可以自动保存这些状态，所以说IO多路复用，如果能和协程结合起来，会有奇效，不过这估计也只有到了实际业务，有大佬带着才好写了，没有经验的估计搞不出来。

libco的特性

• 无需侵入业务逻辑，把多进程、多线程服务改造成协程服务，并发能力得到百倍提升;
• 支持CGI框架，轻松构建web服务(New);
• 支持gethostbyname、mysqlclient、ssl等常用第三库(New);
• 可选的共享栈模式，单机轻松接入千万连接(New);
• 完善简洁的协程编程接口 类pthread接口设计，通过co_create、co_resume等简单清晰接口即可完成协程的创建与恢复；
• __thread的协程私有变量、协程间通信的协程信号量co_signal (New);
• 语言级别的lambda实现，结合协程原地编写并执行后台异步任务 (New);
• 基于epoll/kqueue实现的小而轻的网络框架，基于时间轮盘实现的高性能定时器;

libco的安装

libco源码可以在腾讯开源里面找到，连接的GitHub上也有安装步骤，文件很少，直接make就可以，或者用cmake构建。
之后把.h文件cp到 /usr/include文件里，把solib文件夹里的动态库文件cp到/usr/lib64/下。

生产者消费者例子

// 使用生产者消费者问题学习协程
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
// 定义消息内存
struct stPara_t
{
    // 条件变量
    stCoCond_t *cond;
    // 数据池
    std::vector<int> vecData;
    // 数据ID
    int id;
    // 协程ID，每个协程保存副本？
    int cid;
};

// 生产者函数
void* Producer(void *arg);
// 消费者函数
void* Consumer(void *arg);



int main()
{
    // 定义数据池
    stPara_t p;
    p.cond = co_cond_alloc();
    p.cid = 0;
    p.id = 0;

    // 设置随机数的种子，使用time提供的时间来初始化种子，保证能得到比较随机的种子
    srand(time(NULL));

    // 创建协程对象，一个生产者，两个消费者
    stCoRoutine_t *pProducerCo = nullptr;
    stCoRoutine_t *pConsumerCo[2] = {nullptr};

    // 创建生产者协程
    // 调用函数创建协程对象，函数内分配对象指针
    // 此函数不会报错
    /**
     * 1.出参，返回创建的协程对象
     * 2.入参，指定创建协程的属性，默认属性为空
     * 3.入参，指定协程执行的函数
     * 4.入参，执行函数的参数
     */
    co_create(&pProducerCo,NULL,Producer,&p);
    // 启动协程
    co_resume(pProducerCo);
    std::cout << "start producer coroutine success" << std::endl;

    // 创建消费者协程
    for (int i = 0; i < 2; i++)
    {
        co_create(&pConsumerCo[i],NULL,Consumer,&p);
        co_resume(pConsumerCo[i]);
    }
    std::cout << "start consumer coroutine success" << std::endl;

    // 启动循环事件,执行epoll的事件循环处理，那么不就是底层调用了epoll么？
    co_eventloop(co_get_epoll_ct(),NULL,NULL);

    exit(0);
}

void* Producer(void *arg)
{
    // 启用协程hook（钩子）
    co_enable_hook_sys();

    stPara_t *p = (stPara_t *)arg;
    int cid = ++p->cid;
    while (true)
    {
        // 产生随机个数据
        for (int i = rand()%5 + 1; i > 0; --i)
        {

            p->vecData.push_back(++p->id);
            std::cout << cid << " cid add new data :" << p->id << std::endl;
        }
        // 通知消费者
        co_cond_signal(p->cond);
        // 必须使用poll等待，不然没法切换协程
        // 第三个参数是等待的时间，毫秒，哪怕是1ms，消费者协程都可以执行完毕
        poll(NULL,0,1);
    }
    return NULL;
}

void* Consumer(void *arg)
{
    // 启动协程hook
    co_enable_hook_sys();

    stPara_t *p = (stPara_t *)arg;
    int cid = ++p->cid;
    while (true)
    {
        // 检查数据池，无数据则等待通知
        if(p->vecData.empty())
        {
            co_cond_timedwait(p->cond,-1);
            continue;
        }
        // 消费数据
        std::cout << cid << " cid del data:" << p->vecData.front() << std::endl;
        p->vecData.erase(p->vecData.begin());
    }
    return NULL;
    
}

makefile

CFLAGS+=-g -Wall
LDFLAGS+= -L/home/adce/libco/libco-master/lib	# 静态库.a文件的路径
LDLIBS+=  -lstdc++ -lcolib -pthread -ldl

all:libco1
libco1:libco1.o
	$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(LDLIBS)

clean:
	rm -rf *.o libco1

运行结果