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PHP中使用协同程序实现合作多任务第1/2页

作者:佚名    责任编辑:admin    更新时间:2022-06-22

PHP5.5一个比较好的新功能是实现对生成器和协同程序的支持。对于生成器,PHP的文档和各种其他的博客文章(就像这一个或这一个)已经有了非常详细的讲解。协同程序相对受到的关注就少了,所以协同程序虽然有很强大的功能但也很难被知晓,解释起来也比较困难。

这篇文章指导你通过使用协同程序来实施任务调度,通过实例实现对技术的理解。我将在前三节做一个简单的背景介绍。如果你已经有了比较好的基础,可以直接跳到“协同多任务处理”一节。

生成器

生成器最基本的思想也是一个函数,这个函数的返回值是依次输出,而不是只返回一个单独的值。或者,换句话说,生成器使你更方便的实现了迭代器接口。下面通过实现一个xrange函数来简单说明:

复制代码 代码如下:
<?php
function xrange($start, $end, $step = 1) {
    for ($i = $start; $i <= $end; $i += $step) {
        yield $i;
    }
}

foreach (xrange(1, 1000000) as $num) {
    echo $num, "n";
}

上面这个xrange()函数提供了和PHP的内建函数range()一样的功能。但是不同的是range()函数返回的是一个包含属组值从1到 100万的数组(注:请查看手册)。而xrange()函数返回的是依次输出这些值的一个迭代器,而且并不会真正以数组形式计算。

这种方法的优点是显而易见的。它可以让你在处理大数据集合的时候不用一次性的加载到内存中。甚至你可以处理无限大的数据流。

当然,也可以不同通过生成器来实现这个功能,而是可以通过继承Iterator接口实现。通过使用生成器实现起来会更方便,而不用再去实现iterator接口中的5个方法了。

生成器为可中断的函数
要从生成器认识协同程序,理解它们内部是如何工作的非常重要:生成器是可中断的函数,在它里面,yield构成了中断点。 

紧接着上面的例子,如果你调用xrange(1,1000000)的话,xrange()函数里代码没有真正地运行。相反,PHP只是返回了一个实现了迭代器接口的 生成器类实例: 
 

复制代码 代码如下:
<?php
$range = xrange(1, 1000000);
var_dump($range); // object(Generator)#1
var_dump($range instanceof Iterator); // bool(true)

你对某个对象调用迭代器方法一次,其中的代码运行一次。例如,如果你调用$range->rewind(),那么xrange()里的代码运 行到控制流 第一次出现yield的地方。在这种情况下,这就意味着当$i=$start时yield $i才运行。传递给yield语句的值是使用$range->current()获取的。

 为了继续执行生成器中的代码,你必须 调用$range->next()方法。这将再次启动生成器,直到yield语句出现。因此,连续调用next()和current()方法 你将能从生成器里获得所有的值,直到某个点没有再出现yield语句。对xrange()来说,这种情形出现在$i超过$end时。在这中情况下, 控制流将到达函数的终点,因此将不执行任何代码。一旦这种情况发生,vaild()方法将返回假,这时迭代结束。

协程

协程给上面功能添加的主要东西是回送数据给生成器的能力。这将把生成器到调用者的单向通信转变为两者之间的双向通信。
通过调用生成器的send()方法而不是其next()方法传递数据给协程。下面的logger()协程是这种通信如何运行的例子: 

复制代码 代码如下:
<?php

function logger($fileName) {
    $fileHandle = fopen($fileName, 'a');
    while (true) {
        fwrite($fileHandle, yield . "n");
    }
}

$logger = logger(__DIR__ . '/log');
$logger->send('Foo');
$logger->send('Bar')

正如你能看到,这儿yield没有作为一个语句来使用,而是用作一个表达式。即它有一个返回值。yield的返回值是传递给send()方法的值。 在这个例子里,yield将首先返回"Foo",然后返回"Bar"。

上面的例子里yield仅作为接收者。混合两种用法是可能的,即既可接收也可发送。接收和发送通信如何进行的例子如下:

复制代码 代码如下:
<?php

function gen() {
    $ret = (yield 'yield1');
    var_dump($ret);
    $ret = (yield 'yield2');
    var_dump($ret);
}

$gen = gen();
var_dump($gen->current());    // string(6) "yield1"
var_dump($gen->send('ret1')); // string(4) "ret1"   (the first var_dump in gen)
                              // string(6) "yield2" (the var_dump of the ->send() return value)
var_dump($gen->send('ret2')); // string(4) "ret2"   (again from within gen)
                              // NULL               (the return value of ->send())

马上理解输出的精确顺序有点困难,因此确定你知道为什按照这种方式输出。我愿意特别指出的有两点:第一点,yield表达式两边使用 圆括号不是偶然。由于技术原因(虽然我已经考虑为赋值增加一个异常,就像Python那样),圆括号是必须的。第二点,你可能已经注意到 调用current()之前没有调用rewind()。如果是这么做的,那么已经隐含地执行了rewind操作。 

多任务协作

如果阅读了上面的logger()例子,那么你认为“为了双向通信我为什么要使用协程呢? 为什么我不能只用常见的类呢?”,你这么问完全正确。上面的例子演示了基本用法,然而上下文中没有真正的展示出使用协程的优点。这就是列举许多协程例子的 理由。正如上面介绍里提到的,协程是非常强大的概念,不过这样的应用很稀少而且常常十分复杂。给出一些简单而真实的例子很难。

在这篇文章里,我决定去做的是使用协程实现多任务协作。我们尽力解决的问题是你想并发地运行多任务(或者“程序”)。不过处理器在一个时刻只能运行 一个任务(这篇文章的目标是不考虑多核的)。因此处理器需要在不同的任务之间进行切换,而且总是让每个任务运行 “一小会儿”。 

多任务协作这个术语中的“协作”说明了如何进行这种切换的:它要求当前正在运行的任务自动把控制传回给调度器,这样它就可以运行其他任务了。这与 “抢占”多任务相反,抢占多任务是这样的:调度器可以中断运行了一段时间的任务,不管它喜欢还是不喜欢。协作多任务在Windows的早期版本 (windows95)和Mac OS中有使用,不过它们后来都切换到使用抢先多任务了。理由相当明确:如果你依靠程序自动传回 控制的话,那么坏行为的软件将很容易为自身占用整个CPU,不与其他任务共享。 

这个时候你应当明白协程和任务调度之间的联系:yield指令提供了任务中断自身的一种方法,然后把控制传递给调度器。因此协程可以运行多个其他任务。更进一步来说,yield可以用来在任务和调度器之间进行通信。

我们的目的是 对 “任务”用更轻量级的包装的协程函数:
 

复制代码 代码如下:
<?php

class Task {
    protected $taskId;
    protected $coroutine;
    protected $sendValue = null;
    protected $beforeFirstYield = true;

    public function __construct($taskId, Generator $coroutine) {
        $this->taskId = $taskId;
        $this->coroutine = $coroutine;
    }

    public function getTaskId() {
        return $this->taskId;
    }

    public function setSendValue($sendValue) {
        $this->sendValue = $sendValue;
    }

    public function run() {
        if ($this->beforeFirstYield) {
            $this->beforeFirstYield = false;
            return $this->coroutine->current();
        } els