疑难解答——在PHP中使用协程实现多任务调度

2018年7月31日 0 作者筱枫

本文使用php的yield模拟系统中的进程调度，主要参考于此篇文章：在PHP中使用协程实现多任务调度
具体的代码与其一致，主要针对其中的一些难点做出解释
首先看完上面这篇文章后，会让人产生不少疑惑的地方
1.协程（进程）到底是做什么的，作者基于yield实现了php内部的一个进程调度方案，这也是linux、windows等系统的调度方式
对于单核cpu来说，一样能够实现多任务，但其实cpu同一时间只能够运行一个任务，之所以看起来所有程序都在运行，是因为cpu不停的切换每一个任务，在每个任务里面运行一点点时间，就好比抄作业，现在有三门科目，语文数学英语，一直抄一门是最快的，但是你可以选择一天里，前八个小时抄语文，中间八个小时抄数学，最后八个小时抄英语，这样看上去就像是你一天抄了三门作业。
而这篇文章里面作者也是实现了这样的调度。

2.可能你会问，为什么要这么切换？一直运行一个程序不是最快的吗？
当然，一直运行一个程序是最快的，切换进程时的损耗虽然不大，但也不能忽视。
其中最主要的原因还是外部有许多慢速设备在进行连接，对于cpu来说，最快的自然是寄存器、一级缓存、二级和三级缓存了，对于它来说，内存都已经慢得无法忍受，更别提更慢的硬盘，以及其他io设备，例如键盘输入，网络请求等等，所以为了不让其浪费在时间在等待io上，就产生了这样一种运行方式。

3.作者的这个多任务调度看不懂
其实很简单，作者写了那么多类，其实就是完成类似这样的任务：

function test()
{
    while(true)
    {
        echo "hello\n";
        yield;

        echo "world\n";
        yield;
    }
}

$test = test();
while (true)
{
    $test->send(null);
}

注意上面的两个yield，在真实系统中，起的就是中断的作用，当中断被处理后，会回到这里继续运行（如果觉得疑惑，可以了解下进程切换的原理，以及中断）
然后这样就会源源不断的打印出hello，world
接着又会产生上面的疑惑，这样写的意义何在？
跟直接写

function test()
{
    while(true)
    {
        echo "hello\n";
        echo "world\n";
    }
}

test();

有什么区别？
正如上面所说，区别不在这里，在于等待慢速io上
如果采用下面这种写法，一旦当中出现了等待io的情况下，整个进程就会卡死，而在上面那种情况则不一样（当然真实系统中是抢占式调度，而不是这种主动让出来的模式）
例如，可以对比下面的代码

function wait()
{
    sleep(2);
    echo "hello\n";
}

function test()
{
    while(true)
    {
        wait();
        yield;

        echo "world\n";
        yield;
    }
}

$test = test();
while (true)
{
    $test->send(null);
}

function wait()
{
    sleep(2);
    echo "hello\n";
}

function test()
{
    while(true)
    {
        wait();
        echo "world\n";
    }
}

test();

我这里使用了sleep函数模拟等待io的情况下，注意现在这种情况并非真正的进程调度！
在这里他们的结果是相同的，运行速度也没有任何变化，不同之处在于如果使用了抢占式调度，假设每次调用yield前最大的执行时间为一秒
那么上面那段使用yield打印出来的将是
world 0s
world 1s
hello 2s
world 2s
world 3s
hello 4s
因为最开始wait函数分到的一秒钟被sleep消耗掉，第二次分掉的一秒钟也被消耗掉，所以才会在第三次打印，正如同上面一样，在4秒钟的时间里面，一种执行了六次，接下来我们看看第二种方式的调用
看到了吗？同样是4秒，但只执行了4次，这还只是简单的调用，要是换成其他的，能够节省更多的时间
sleep… 0s
sleep… 1s
sleep… 2s
hello 2s
world 2s
sleep… 3s
sleep… 4s
hello 4s
world 4s

4.系统调用中的这段代码看不懂

setSendValue($scheduler->newTask($coroutine));
            $scheduler->schedule($task);
        }
    );
}
 
function killTask($tid) {
    return new SystemCall(
        function(Task $task, Scheduler $scheduler) use ($tid) {
            $task->setSendValue($scheduler->killTask($tid));
            $scheduler->schedule($task);
        }
    );
}

这段代码其实很简单，主要就是添加了个新任务，同时继续执行当前任务
让人有点看不懂的可能在于setSendValue这一段
追踪这个函数，我们来到最上面

    public function setSendValue($sendValue) {
        $this->sendValue = $sendValue;
    }
 
    public function run() {
        if ($this->beforeFirstYield) {
            $this->beforeFirstYield = false;
            return $this->coroutine->current();
        } else {
            $retval = $this->coroutine->send($this->sendValue);
            $this->sendValue = null;
            return $retval;
        }
    }

可以看到，sendValue设置的值是会传送给迭代器中
那么哪里接收的呢？

newTask(task(10));
    $scheduler->newTask(task(5));
 
    $scheduler->run();
?>

在这里，没想到吧！
看最上面的哪个yield，作者最开始的时候说过，yield这个关键字有两个意思，一个是用作接收send函数传进来的值，另外一个则是中断并返回当前值
所以当中的这段

$tid = (yield getTaskId()); // <-- here's the syscall!

并不能简单的认为

$tid = getTaskId();

如果你在getTaskId这个系统调用中写上return语句，$tid一样是无法接收的，因为系统调用最终的执行地点是在

if ($retval instanceof SystemCall) {
            $retval($task, $this);
            continue;
        }

这段代码中，而执行$retval这个回调函数的时候，是没有将返回值放到任何一个地方的！而且除了使用yield之外，是没有其他的方法能够将值传入迭代器中

所以

$tid = yield

这样写在一起看上有点迷惑，但实际问题不大，只要联系上下文，就能正确明白它的含义

这个问题解答暂时就到此为止了，在文章的最后作者也给出了个实际的案例：web服务器请求阻塞的解决方案，这样也算是把所学之物用上了吧，主要还是类似回调函数的解决方案，虽然表面是采用yield，实际上本质还是回调，只不过代码可以写成同步的结构

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