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前言

本文講的協(xié)程主要以kotlin為主，同時可能參考python,go，但是會盡量避免使用代碼，而是嘗試用通俗的語言來聊協(xié)程的發(fā)展歷程，盡量保證大家都能理解。

近些年，一些編程語言的新貴Go和Kotlin紛紛引入了協(xié)程這個語言特性，使得協(xié)程這個似乎十分陌生的概念開始頻繁進(jìn)入大家的視野，為了便于理解，開發(fā)者們都把它當(dāng)作線程的小弟來對待，即輕量級線程。可是真要細(xì)說起來，協(xié)程其實(shí)是很早就出現(xiàn)的一個編程概念，它的出現(xiàn)甚至是是早于線程的，但是就編程語言的江湖地位而言，協(xié)程是不如線程的，所以向線程低頭叫爸爸不奇怪。

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看了我上面的介紹，大家一定很納悶，你說協(xié)程出現(xiàn)早，有資歷，那為啥幾十年的編程語言發(fā)展下來就就混成了這副咸魚樣?線程出現(xiàn)晚，但怎么就一棵星星之火點(diǎn)著了編程語言的草原。成為了編程語言中的重要概念呢??再者，協(xié)程幾十年的咸魚一條，到如今怎么突然有了夢想，翻身把歌唱的呢?

今天就和大家一起來梳理一下協(xié)程的整個發(fā)展歷程，希望能幫助大家更加理解協(xié)程。

協(xié)程的出現(xiàn)

咱們先來說說協(xié)程的歷史，以及它是怎么混的這么慘的，畢竟悲催的人生都需要一個解釋。

協(xié)程最早誕生于1958年，被應(yīng)用于匯編語言中(距今已有60多年了)，對它的完整定義發(fā)表于1963 年，協(xié)程是一種通過代碼執(zhí)行的恢復(fù)與暫停來實(shí)現(xiàn)協(xié)作式的多任務(wù)的程序組件。

而與此同時，線程的出現(xiàn)則要晚一些，伴隨著操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，線程大概在1967年被提出。線程作為由操作系統(tǒng)調(diào)度最小執(zhí)行組件，主要用于實(shí)現(xiàn)搶占式的多任務(wù)。

既然大家都搞多任務(wù)，按說誰也不能比誰強(qiáng)多少啊，況且協(xié)程還早生幾年，理論上通過自身努力發(fā)展，在編程語言中占據(jù)核心地位是極有可能的。

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但是這協(xié)程的發(fā)展啊，一方面當(dāng)然要靠自我奮斗，另一方面，也要考慮歷史進(jìn)程。而上個世紀(jì)七八九十年代，是計算機(jī)瘋狂朝著小型化和個人化的方向演進(jìn)的時代，計算機(jī)非常依賴操作系統(tǒng)來提供用戶交互和壓榨CPU的最大性能，而操作系統(tǒng)怎么來壓榨計算機(jī)性能的呢?靠多線程。操作系統(tǒng)跟隨個人計算機(jī)的普及之后，編程語言自然也開始依賴操作系統(tǒng)提供的接口來駕馭計算機(jī)了，線程成了幾乎所有編程語言跳不過的一個重要概念，并一直延續(xù)至今。

到這里你可能要問了，大家都是搞多任務(wù)的，為什么線程能提升cpu的資源利用率，協(xié)程不能呢?

當(dāng)然有很多其他的原因能解釋，但最本質(zhì)的原因仍然是協(xié)程和線程是有顯著區(qū)別的兩個概念，到這里我們就要回過頭來聊聊什么叫協(xié)作式多任務(wù)，什么叫搶占式多任務(wù)?以及這兩種任務(wù)是否是同一種概念?

• 協(xié)作式多任務(wù)：

上圖是一個壽司生產(chǎn)的部分工序，我們可以把圖中的傳送轉(zhuǎn)盤和機(jī)器抓手可視作兩個任務(wù)，一起協(xié)作完成了食物的生產(chǎn)。這就是協(xié)作式多任務(wù)。協(xié)作式的多任務(wù)要求任務(wù)之間相互熟悉，才能實(shí)現(xiàn)協(xié)作。

• 搶占式多任務(wù)：

喂金魚的場景，一把飼料下去，所有金魚馬上圍上來一搶而空，這里每個金魚都相當(dāng)于一個任務(wù)線程，這就是搶占式多任務(wù)。而搶占式多任務(wù)(線程)之間不需要了解和配合，只有競爭關(guān)系。

上面兩張圖，比較生動的展示了協(xié)作式多任務(wù)(協(xié)程)和搶占式多任務(wù)(多線程)之間的區(qū)別。我們能夠發(fā)現(xiàn)，協(xié)程更加適合那些相互熟悉的任務(wù)組件通過密切配合協(xié)作完成某些工作，協(xié)作式多任務(wù)里的“任務(wù)”是一種子程序(可稱為函數(shù))。搶占式多任務(wù)里的任務(wù)則是指能搶占資源的組件或代碼(其實(shí)就是線程)，這里的多任務(wù)也就是多線程。所以說，協(xié)程和線程本來是差異非常大的兩種概念，他們的能力是不同的，而線程的這種能力正好迎合了那個時代的需求。自我奮斗+歷史進(jìn)程是線程成功的主要原因。

當(dāng)然，在另一方面，也由于協(xié)程是基于編程語言層面的一種概念，它并沒有統(tǒng)一定義的接口，因此在不同的語言中實(shí)現(xiàn)后的效果是不同的，這也會對開發(fā)者造成極大的困擾，不利于它的推廣。而反觀線程，通過操作系統(tǒng)的統(tǒng)一接口，定義了大體相同的線程使用方式，保證了不同的編程語言都對線程的使用是大體一致。

講到這里，我們來總結(jié)下協(xié)程早期發(fā)展不順的原因：

1. 協(xié)程沒有代表先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展要求，先進(jìn)文化的前進(jìn)方向，和最廣大開發(fā)者的根本利益[手動狗頭]。
2. 協(xié)程在不同編程語言中，它的實(shí)際表現(xiàn)有差異，非常不利于開發(fā)者的理解和使用。

以上兩點(diǎn)，就是協(xié)程幾十年以來一直不溫不火的原因。我們也看到，雖然看起來都在搞多任務(wù)，但是協(xié)程和線程實(shí)際是沒有太多交集的。

咸魚翻身

雖說協(xié)程這種協(xié)作式多任務(wù)的組件不能提高程序執(zhí)行的效率，似乎沒有太廣泛的應(yīng)用前景，但這協(xié)程吶，也不能隨意否定自己，因?yàn)椴恢朗裁磿r候，你就突然被歷史進(jìn)程給關(guān)照了。

還是從線程說起，雖然線程成為編程世界的重要概念，但是在多年的使用過程中開發(fā)者們也逐漸意識到了它的痛點(diǎn)：

• 線程之間(異步代碼)難以交互難度比較大，往往只能用callback，大量的callback會代碼難以閱讀和理解，最終讓項(xiàng)目變得難以維護(hù)。

簡單說就是在開發(fā)者端，線程之間如何更方便的交互。

而這里協(xié)程能做什么呢?

或許我再重新表達(dá)一下線程的痛點(diǎn)：在開發(fā)者端，線程之間如何更方便的協(xié)作。

回想一下，我們是怎么介紹協(xié)程的?協(xié)作式多任務(wù)對吧，還記得上圖中的轉(zhuǎn)盤和機(jī)器抓手的協(xié)作么?我們當(dāng)時說這兩個任務(wù)更像是兩個函數(shù)的協(xié)作，但如果把轉(zhuǎn)盤和機(jī)器抓手視作兩個線程呢?借助編譯器，把線程封裝成一個個能暫停和恢復(fù)的函數(shù)，線程是不是就可以像協(xié)程設(shè)計的那樣協(xié)作呢?

我們還是從代碼層面來看看如今協(xié)程是如何被使用的吧。設(shè)計一個簡單的需求：社區(qū)內(nèi)用戶進(jìn)行發(fā)帖時，需要先從后臺驗(yàn)證發(fā)帖權(quán)限，請求兩個接口，那么可能我們需要嘗試開啟兩個線程先后來完成。

• 普通的callback代碼：

fun tryPost(){ 
    // 先通過接口驗(yàn)證權(quán)限 （實(shí)際開啟了一個線程，然后等待回調(diào)） 
    findUserPermission(user,callback()){ 
        public void onSuccess(UserPermission response){ 
            // 回調(diào) 如果成功 ,檢查是否有權(quán)限 
            if(response.hasPermission){ 
            // 如果有權(quán)限，則訪問發(fā)帖接口 （同樣開啟線程，等待回調(diào)） 
                postContent(content,callback()){ 
                    public void onSuccess(Result response){ 
                        // handle successful response 
                    } 
                    public void onFail(){ 
                         
                    } 
                } 
            }else{ 
                // 如果無權(quán)限，則...... 
            } 
        } 
         
        public void onFail(){  
        } 
    } 
} 

這是比較常見的做法，我們需要訪問兩次接口，而交互只能在callback中進(jìn)行，但是其實(shí)代碼已經(jīng)很難看了，如果還有其他的邏輯的話，那代碼只會更加冗雜，難以維護(hù)。

那協(xié)程是怎么解決這種痛點(diǎn)的呢?我們看看(kotlin和python)協(xié)程的代碼如何實(shí)現(xiàn)這種需求：

• kotlin的協(xié)程代碼

// 函數(shù)通過suspend關(guān)鍵字標(biāo)識，可以被協(xié)程調(diào)用，具備暫?；謴?fù)的能力 ,實(shí)際上仍然使用了io線程來完成接口請求 
suspend fun tryfindUserPermission():PermissionResponse ｛ 
    return withContext(Dispatchers.IO){ 
        findUserPermission(user) 
    } 
｝ 
 
// 函數(shù)通過suspend關(guān)鍵字標(biāo)識，可以被協(xié)程調(diào)用 
suspend fun post():Result ｛ 
    return  withContext(Dispatchers.IO) { 
        postContent(content) 
    } 
｝ 
     
fun tryPost(){ 
    //啟動一個協(xié)程 
     launch{ 
     //代碼執(zhí)行到這一行，讓出cpu,進(jìn)入暫停狀態(tài)，等待請求成功之后，會恢復(fù)執(zhí)行） 
     var response = tryfindUserPermission()    // 向后端訪問用戶權(quán)限 
     if(response.hasPermission){ 
     // 有權(quán)限則開始發(fā)帖 （開啟線程，讓出cpu,暫停執(zhí)行，等待恢復(fù)） 
        var response =  post() 
         // handle response if need 
    } 
  } 
} 

可以看到，在kotlin中，協(xié)程通過把線程里的代碼封裝成一種能暫停/恢復(fù)的函數(shù)，讓多線程之間的交互就像普通的函數(shù)一樣簡單，不需要callback。

• python的協(xié)程代碼

import asyncio 
// async 的關(guān)鍵字，表明這個函數(shù)可以被協(xié)程調(diào)用 
async def findUserPermission(): 
    // handle http request 
    ... 
    ... 
    return response 
async def postContent(): 
    // handle http request 
    ... 
    ... 
    return response 
     
async def main(): 
// 嘗試獲取權(quán)限信息 同樣會讓出cpu,進(jìn)入暫停狀態(tài)，等待恢復(fù) 
    reponse = await findUserPermission() 
    // 判斷有權(quán)限的情況下，進(jìn)行發(fā)帖 
    if response.hasPermission : 
        res = await postContent() 
        // handle response if need 
asyncio.run(main()) 

python通過協(xié)程處理這種問題本質(zhì)和kotlin是一致的。

相信大家也能看到，協(xié)程在不同的語言中的表現(xiàn)方式是有差異的

通過上面幾段偽代碼，我們能夠比較清楚看到，協(xié)程能非常明顯的簡化了線程之間協(xié)作復(fù)雜度，讓我們可以以編寫同步代碼的方式來編寫異步代碼，極大的簡化你的邏輯，讓你的代碼容易維護(hù)。

那么協(xié)程是如何做到的呢?

雖然不同的語言中，協(xié)程有所差異，但是原理都差不多，編程語言的編譯器通過一些關(guān)鍵字(kotlin中用suspend，python中用async等)來修飾函數(shù)，在編譯期間根據(jù)關(guān)鍵字生成一些線程相關(guān)的代碼來實(shí)現(xiàn)函數(shù)的暫?；謴?fù)的功能，從而實(shí)現(xiàn)把線程相關(guān)的代碼留在編譯期間產(chǎn)生，在開發(fā)層面就能提供像普通函數(shù)一般的協(xié)作方式。

因?yàn)榻鉀Q了這個痛點(diǎn)，協(xié)程開始變得越來越受開發(fā)者歡迎。而協(xié)程通過編譯器的幫助把線程相關(guān)的代碼留在了編譯期間產(chǎn)生，開發(fā)者可以通過操作協(xié)程就可以達(dá)到使用線程的目的，所以現(xiàn)在大家認(rèn)為協(xié)程是一種輕量級的線程。

對于多線程的協(xié)作，或者說異步代碼之間的協(xié)作并不是只有協(xié)程一家解決方案，在JS中，有promise，Java中有RxJava等等，他們都致力于解決異步編程的相關(guān)問題，希望能以編寫同步代碼的方式來寫異步代碼，目前來看，他們都做的很不錯。

總結(jié)

大家對于協(xié)程的理解有很多分歧，但是對我而言，協(xié)程其實(shí)得分兩個階段來理解：

• 在協(xié)程誕生之初，只是用來解決編程中的某些特殊問題的編程組件，它的多任務(wù)更像多個函數(shù)的組合協(xié)作執(zhí)行，那個時候，協(xié)程其實(shí)更像是一種具備暫?；謴?fù)的函數(shù)。但是這種功能似乎并不受歡迎，因此協(xié)程在很長一段時間內(nèi)都是比較小眾的。(此時協(xié)程和線程關(guān)系并不大)
• 如今它成為底層支持多線程的協(xié)作式多任務(wù)組件，很好的解決了線程協(xié)作的痛點(diǎn)，同時也逐漸變得越來越受歡迎，協(xié)程和線程的關(guān)系更加親密，它們似乎也變得更加相似。(如今你可以把協(xié)程視作一種輕量級線程)

而協(xié)程的發(fā)展歷程，其實(shí)也就是經(jīng)歷了這兩個階段。