协程三篇之一（协程初接触）

赖勇浩（http://laiyonghao.com）

协程，又称微线程和纤程等，据说源于 Simula 和 Modula-2 语言（我没有深究，有错请指正），现代编程语言基本上都有支持，比如 Lua、ruby 和最新的 Google Go，当然也还有最近很让我惊艳的 falcon。协程是用户空间线程，操作系统其存在一无所知，所以需要用户自己去做调度，用来执行协作式多任务非常合适。其实用协程来做的东西，用线程或进程通常也是一样可以做的，但往往多了许多加锁和通信的操作。

下面是生产者消费者模型的基于抢占式多线程编程实现（伪代码）：
// 队列容器
var q := new queue
// 消费者线程
loop
lock(q)
get item from q
unlock(q)
if item
use this item
else
sleep
// 生产者线程
loop
create some new items
lock(q)
add the items to q
unlock(q)

由以上代码可以看到线程实现至少有两点硬伤：

1、对队列的操作需要有显式/隐式（使用线程安全的队列）的加锁操作。

2、消费者线程还要通过 sleep 把 CPU 资源适时地“谦让”给生产者线程使用，其中的适时是多久，基本上只能静态地使用经验值，效果往往不由人意。

而使用协程可以比较好的解决这个问题，下面来看一下基于协程的生产者消费者模型实现（伪代码）：
// 队列容器
var q := new queue
// 生产者协程
loop
while q is not full
create some new items
add the items to q
yield to consume
// 消费者协程
loop
while q is not empty
remove some items from q
use the items
yield to produce

可以从以上代码看到之前的加锁和谦让 CPU 的硬伤不复存在，但也损失了利用多核 CPU 的能力。所以选择线程还是协程，就要看应用场合了。下面简单谈一下协程常见的用武之地，其中之一是状态机，能够产生更高可读性的代码；还有就是并行的角色模型，这在游戏开发中比较常见；以及产生器， 有助于对输入/输出和数据结构的通用遍历。

协程虽然如此之好，看是很长时间以来，因为受到基于堆栈的子例程实现的限制，并没有多少语言在其实语言或库中支持协程，所以线程作为一个替代者（当然，线程也有其超越协程之处）被广泛接受了。但是在今天，很多语言都内建了协程的支持，甚至是 C/C++ 语言。MS Windows 2000 以后的版本，都支持所谓的 Fiber，即纤程，其实就是协程的别称；在开源平台，POSIX 标准也定义了协程相关的标准，GNU Portable Threads 实现了跨平台的用户空间线程，即协程的另一种别称。在这百花齐放的时节，正是我们好好学习和利用它的时机。

接下来我将在第二篇中谈谈游戏中试用协程的三个场合。