11.协程的概念

讲述了携程的概念、应用场景及实现原理，重点分析了同步与异步编程的区别，通过多个代码示例演示了携程如何结合IO操作实现高效的并发处理，并讲解了基于`setjmp/longjmp`和`ucontext`实现携程切换的技术细节。

一、课程概述与大纲回顾

• 课程目标
  • 从网络编程基础出发，逐步深入讲解携程（协程）的原理与实现。
  • 结合`native`库源码分析携程如何解决并发IO问题。
• 课程结构回顾
  • 网络编程（`select/poll/epoll`、`react`框架）
  • 网络并发测试（百万连接支持）
  • 网络API底层实现（本次未讲，下节课安排）
  • 携程专题（本节课重点）

二、携程引入背景

• 核心问题
  • 为什么已有进程、线程，还需携程？
• 同步与异步编程对比
  • 同步编程：串行执行，逻辑清晰但性能低。
  • 异步编程：并发执行，性能高但逻辑复杂。
  • 理想状态：同步的编程方式 + 异步的性能。

三、同步与异步编程演示

• 示例：DNS请求
  • 同步方式：逐个请求，等待结果返回。
    • 代码特点：单线程循环发送请求。
    • 执行时间：约0.98秒。
  • 异步方式：批量发送请求，结果通过回调处理。
    • 代码特点：使用线程池处理IO读写。
    • 执行时间：约0.166秒。
  • 结论：异步性能显著优于同步。

四、异步编程的优缺点

• 优点
  • 高并发处理能力。
  • 资源利用率高。
• 缺点
  • 逻辑复杂，难以维护。
  • 回调嵌套导致代码可读性差。
• 说白了，同步就是我去点菜，这个厨师做好了，我才能去找下一个厨师要菜。
• 异步就是我问第一个厨师，做好了端走，没做好直接去问下一个。
• 但是在代码中各种嵌套飞雷神，导致逻辑混乱。
• 所以要引入协程的概念

五、携程的引入与作用

• 携程定义
  • 用户态线程，由程序控制切换。
  • 单线程内实现多任务并发。
• 核心优势
  • 同步的编程体验。
  • 异步的性能表现。
• 应用场景
  • 客户端并发请求（如HTTP、Redis、MySQL）
  • 服务端高并发IO处理（如Web Server、KV存储）

六、携程实现原理

• 核心原语操作
  • 切换（`switch`）：从一个携程切换到另一个。
  • 调度：由调度器管理携程的执行顺序。
• 实现方式
  • `setjmp/longjmp`
    • 保存/恢复执行上下文。
    • 适用于简单切换。
  • `ucontext`
    • 提供完整的上下文管理。
    • 支持栈切换，适合复杂携程实现。

七、`setjmp/longjmp`实现携程切换

• 函数说明
  • `setjmp(env)`：保存当前上下文。
  • `longjmp(env, val)`：跳转到保存的上下文。
• 代码示例
  • 实现三个函数间的跳转。
  • 模拟携程切换逻辑。
• 局限性
  • 不支持栈切换。
  • 多线程中使用复杂。

八、`ucontext`实现携程切换

• 函数说明
  • `getcontext()`：获取当前上下文。
  • `makecontext()`：设置上下文入口函数。
  • `swapcontext()`：切换上下文。
• 代码示例
  • 创建三个携程（`function1`, `function2`, `function3`）。
  • 使用调度器（`main context`）控制切换顺序。
• 优势
  • 支持完整的上下文切换。
  • 可管理多个携程的执行栈。
• 调度策略
  • 轮询调度：对携程索引取模决定执行顺序。
• 保存当前位置，切换到目标位置，执行完以后，再回来。也就是飞雷神二段。

九、携程与调度器设计

• 调度器作用
  • 避免携程直接互切，提升可控性。
  • 管理携程生命周期与执行顺序。
• 实现方式
  • 使用`main context`作为调度器。
  • 调度逻辑：`while`循环 + 索引取模。
• 调度策略
  • 简单轮询。
  • 后续可扩展为优先级调度、事件驱动等。

十、携程与IO操作结合

• 核心思想
  • 在IO操作前判断是否就绪。
  • 若未就绪，切换到其他携程。
• 实现步骤
  • 使用`poll`检测IO就绪状态。
  • 若未就绪，调用`swapcontext`切换。
  • IO就绪后恢复执行。
• 效果
  • 构建多个携程并发处理IO。
  • 每个携程对应一个IO任务。

十一、课程总结与作业

• 本节课核心内容
  • 同步与异步编程对比。
  • 携程定义与作用。
  • 携程实现技术（`setjmp/longjmp`、`ucontext`）。
  • 携程调度器设计。
  • 携程与IO结合的实现逻辑。
• 课后作业
  • 列举十个互联网产品中存在多个并发请求的页面。
  • 思考如何使用携程优化这些场景。
  • 尝试用`ucontext`实现一个简单的携程库。

微信界面。有好友列表，聊天窗口，右上角的加号。以及下方的菜单。可以设计一个main、加载的时候挨个轮询。其中好有列表要保持高优先级。同时好友列表里面有很多个好有，这些好友统一封装成一个库，设置一个接口。协程先问这个库有没有消息发过来。然后由这个库来管理各种好有发来的消息。同时新增好有也添加进来。这样协程就不用为每一个好友服务了。

类似于我班长本来要管50个人，现在10个人设置一个小组长。这样我只需要管5个人