协程和 C++ Boost库的Coroutine2

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摘要

协程是一种轻量级的并发单位，相比于线程，它具有更小的内存占用和更高效的调度，适用于I/O密集型和计算密集型场景。Boost.Coroutine2是一种协程实现，它是一种特殊控制流，允许在某些位置暂停和恢复执行的子例程。它保留了本地执行状态，并允许重入子例程多次。然而，Boost.Coroutine2的多个实例是顺序执行的，不支持并行执行。在并发性能和资源利用率方面，Goroutine相比于Coroutine2具有更优秀的表现。因此，在编写并发程序时，建议根据实际需求选择适合的并发模型和相应的语言机制。Boost.Coroutine2适用于多个任务的协助和生成器模式等场景。

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为什么不是boost.coroutine？

boost官方团队已经声明现已弃用，推荐使用coroutine2。

线程与协程

线程

线程是操作系统提供的一种并发执行的机制，它具有以下特点：

运行在系统态，由操作系统调度。
线程实例之间各自独立运行，共享堆内存，栈空间是各自独占的。
一个初始线程会占用几兆内存，即便它没做什么。
线程之间的切换需要一定的开销。
有完善的同步锁、数据共享机制。

协程

协程是轻量级的并发模型，它具有以下特点：

运行在用户态，由程序员自己调度。
协程实例之间共享堆内存和栈空间。
一个初始协程只占用几KB内存。
协程之间的切换开销极小。
需要开发人员自己实现同步机制。

为什么不介绍C++20标准的协程

C++20引入了无栈协程的特性，为更好的开发异步编程做好了准备。但是由于该版本的协程实现方法一直有很大的争议，协程通过决议的时间很晚，所以实际仅提供了三个关键字来支持协程实现，真正想用协程还要自己实现协程库。然后来不及在C++20中提供协程相关的支持库，像std::generator、std::task等等，需要在C++23中才能提供，有了这些库的支持，基本可以使用标准库的协程了，C++23太新了，编译器的支持当前还没跟上，另外它的实现和使用跟coroutine2差异很小，所以我可能会继续选择使用coroutine2。

C++协程与golang的goroutine

coroutine2跟goroutine不一样，它实际上无法并行

Goroutine是Go语言中轻量级的并发单位，它由Go运行时系统管理和调度，能够在多核处理器上并行执行。而Coroutine2则是一种协程，它是由用户代码自行调度和管理的轻量级线程，通常只在一个线程中顺序执行或者交替，不支持并行执行。

Goroutine相比于Coroutine2具有更小的内存占用和更高效的调度，因此在并发性能和资源利用率方面更加优秀。Go语言通过Goroutine和Channel等机制，提供了一种简洁而高效的并发编程范式，使得开发人员能够轻松地编写并发的程序。

需要注意的是，虽然Coroutine2本身不支持并行执行，但通过一些技术手段可以将Coroutine2组合成并发的执行流，例如使用线程池或者协程池等方式来并发执行Coroutine2。但是这种方式的并发性能和资源利用率相比Goroutine可能会有所下降。

这样比较下看coroutine2对协程的实现好像很鸡肋，但其实goroutine与coroutine行为上的不用也表明了它们的应用场景也不同：
Boost.Coroutine2 可以被视为boost提供的一种特殊控制流，允许在某些位置暂停和恢复执行的子例程。 它保留了本地执行状态，并允许重入子例程多次（如果必须在函数调用之间保持状态，则很有用）。如（生成器、协作式多任务处理）都是它适合的场景，代码结构很简介，这部分优于goroutine。

二、使用步骤

1.引入库

依赖库：Boost.Context
需要语言版：C++11版本
头文件位置：#include

2.核心类

coroutine2中只有两个核心的类：pull_type，push_type。

在 Boost.Coroutine2 中，协程只能单向传递数据，数据只能单向的从一个代码块流向另一个代码块。流入流出分别对应着 push_type 和 pull_type 类型，由这两个类型组成协程间跳转的通道，同时也是数据传递的通道。

pull_type

pull_type 用于从协程中获取数据，它提供了以下方法：
begin()：返回一个迭代器，可以迭代获取协程中的数据。
get()：获取协程中的下一个数据。
operator()：调用协程的下一个操作，并返回协程是否结束。

push_type

push_type 用于向协程中传递数据，它提供了以下方法：
operator()：向协程中传递数据，并返回协程是否结束。

单个协程

	/*
	 * 斐波那契数列
	 */
	boost::coroutines2::coroutine<int>::pull_type source(
		[&](boost::coroutines2::coroutine<int>::push_type& sink) {
		int first = 1, second = 1;
		sink(first);
		sink(second);
		for (int i = 0; i<8; ++i) {
			int third = first + second;
			first = second;
			second = third;
			sink(third);
		}
	});

	for (auto i : source)
	{
		std::cout << i << " ";

	}

输出：1 1 2 3 5 8 13 21 34 55

两个协程交叉执行

	boost::coroutines2::coroutine<int>::pull_type apull([](boost::coroutines2::coroutine<int>::push_type& apush)
	{
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			cout << "---------------------" << "coroutine 1" << endl;
			apush(1);
		}

	}
	);


	boost::coroutines2::coroutine<int>::pull_type apull2([](boost::coroutines2::coroutine<int>::push_type& apush)
	{

		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			cout << "---------------------" << "coroutine 2" << endl;
			apush(2);
		}

	}
	);

	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		apull.get();
		apull();
		apull2.get();
		apull2();
	}
	cout << "continue>>>" << endl;

输出：

---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
---------------------coroutine 1
---------------------coroutine 2
continue>>>