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簡單的對比和示例

由于協(xié)程不如子例程那樣被普遍所知，最好對它們作個比較。

子例程的起始處是惟一的入口點，一旦退出即完成了子例程的執(zhí)行，子例程的一個實例只會返回一次。

協(xié)程可以通過yield來調用其它協(xié)程。通過yield方式轉移執(zhí)行權的協(xié)程之間不是調用者與被調用者的關系，而是彼此對稱、平等的。

協(xié)程的起始處是第一個入口點，在協(xié)程里，返回點之后是接下來的入口點。子例程的生命期遵循后進先出（最后一個被調用的子例程最先返回）；相反，協(xié)程的生命期完全由他們的使用的需要決定。

這里是一個簡單的例子證明協(xié)程的實用性。假設你有一個生產者－消費者的關系，這里一個協(xié)程生產產品并將它們加入隊列，另一個協(xié)程從隊列中取出產品并使用它。為了提高效率，你想一次增加或刪除多個產品。代碼可能是這樣的：

var q := new queue

生產者協(xié)程

消費者協(xié)程

每個協(xié)程在用yield命令向另一個協(xié)程交出控制時都盡可能做了更多的工作。放棄控制使得另一個例程從這個例程停止的地方開始，但因為現(xiàn)在隊列被修改了所以他可以做更多事情。盡管這個例子常用來介紹多線程，實際沒有必要用多線程實現(xiàn)這種動態(tài)：yield語句可以通過由一個協(xié)程向另一個協(xié)程直接分支的方式實現(xiàn)。

詳細比較

因為相對于子例程，協(xié)程可以有多個入口和出口點，可以用協(xié)程來實現(xiàn)任何的子例程。事實上，正如Knuth所說：“子例程是協(xié)程的特例?！?/span>

每當子例程被調用時，執(zhí)行從被調用子例程的起始處開始；然而，接下來的每次協(xié)程被調用時，從協(xié)程返回（或yield）的位置接著執(zhí)行。

因為子例程只返回一次，要返回多個值就要通過集合的形式。這在有些語言，如Forth里很方便；而其他語言，如C，只允許單一的返回值，所以就需要引用一個集合。相反地，因為協(xié)程可以返回多次，返回多個值只需要在后繼的協(xié)程調用中返回附加的值即可。在后繼調用中返回附加值的協(xié)程常被稱為產生器。

子例程容易實現(xiàn)于堆棧之上，因為子例程將調用的其他子例程作為下級。相反地，協(xié)程對等地調用其他協(xié)程，最好的實現(xiàn)是用continuations（由有垃圾回收的堆實現(xiàn)）以跟蹤控制流程。

協(xié)程之常見用例

協(xié)程有助于實現(xiàn)：

狀態(tài)機：在一個子例程里實現(xiàn)狀態(tài)機，這里狀態(tài)由該過程當前的出口／入口點確定；這可以產生可讀性更高的代碼。

角色模型：并行的角色模型，例如計算機游戲。每個角色有自己的過程（這又在邏輯上分離了代碼），但他們自愿地向順序執(zhí)行各角色過程的中央調度器交出控制（這是合作式多任務的一種形式）。

產生器：它有助于輸入／輸出和對數(shù)據(jù)結構的通用遍歷。

支持協(xié)程的編程語言

Simula

Modula-2

C#

Stackless Python

Lua

Io

Go

JavaScript(ECMA-262 6th Edition)

由于continuations被用來實現(xiàn)協(xié)程，支持continuations的編程語言也非常容易就支持協(xié)程。

協(xié)程的替代者和實現(xiàn)

到2003年，很多最流行的編程語言，包括C和他的后繼，都未在語言內或其標準庫中直接支持協(xié)程。（這在很大程度上是受基于堆棧的子例程實現(xiàn)的限制）。

有些情況下，使用協(xié)程的實現(xiàn)策略顯得很自然，但是此環(huán)境下卻不能使用協(xié)程。典型的解決方法是創(chuàng)建一個子例程，它用布爾標志的集合以及其他狀態(tài)變量在調用之間維護內部狀態(tài)。代碼中基于這些狀態(tài)變量的值的條件語句產生出不同的執(zhí)行路徑及后繼的函數(shù)調用。另一種典型的解決方案是用一個龐大而復雜的switch語句實現(xiàn)一個顯式狀態(tài)機。這種實現(xiàn)理解和維護起來都很困難。

在當今的主流編程環(huán)境里，線程是協(xié)程的合適的替代者，線程提供了用來管理“同時”執(zhí)行的代碼段實時交互的功能。因為要解決大量困難的問題，線程包括了許多強大和復雜的功能并導致了困難的學習曲線。當需要的只是一個協(xié)程時，使用線程就過于技巧了。然而——不像其他的替代者——在支持C的環(huán)境中，線程也是廣泛有效的，對很多程序員也比較熟悉，并被很好地實現(xiàn)，文檔化和支持。在POSIX里有一個標準的良定義的線程實現(xiàn)pthread.

用C的實現(xiàn)

C標準庫里的函數(shù)setjmp和longjmp可以用來實現(xiàn)一種協(xié)程。不幸的是，正如harbison and Steele所述，“setjmp和longjmp的相當?shù)仉y以實現(xiàn)，程序員要對使用它作最少的假設。”這意味著如果沒有留意Harbison和Steele的警告而在某個環(huán)境下使用了setjmp和longjmp，在其他環(huán)境下可能不能正常工作。更糟糕的是，錯誤的實現(xiàn)并非個例。

人們作了大量的嘗試，在C里用子例程和宏實現(xiàn)協(xié)程，這些嘗試有不同程度的成功之處。Simon Tatham的貢獻（見下文）是這一方法的很好示例。他自己注解是對這一方法的限制做了很好的評價。這種方法的確可以提高代碼段的可寫性，可讀性，可維護性還是存在爭議的。用Titham的話說：“當然，這一技巧破壞了這本書的每一個編碼標準……［但是］任何試圖犧牲算法明晰來確保語法清晰的編碼標準都應該被重寫。如果你的老板因為因為你使用了這些技巧而解雇你，在保安把你從大樓里拖出來的同時不斷地告訴他們上面那句話。

著名的實現(xiàn)：

[1]- Simon Tatham用C實現(xiàn)的協(xié)程

Portable Coroutine Library- C library usingPOSIX/SUSv3 facilities.

Python 實現(xiàn)

PEP 342- planned support for coroutines based on generators

greenlets

gevent

Perl 實現(xiàn)

Coro- Coro是Perl5中的一種協(xié)程實現(xiàn)，它使用C作為底層，所以具有良好的執(zhí)行性能，而且可以配合AnyEvent共同使用，極大的彌補了Perl在線程上劣勢

Tcl 實現(xiàn)

從 Tcl 8.6 開始，Tcl 核心內置協(xié)程支持，成為了繼事件循環(huán)、線程后的另一種內置的強大功能。

參考

高德納. Fundamental Algorithms, Third Edition. Addison-Wesley, 1997. ISBN 0-201-89683-4. Section 1.4.2: Coroutines, pp.193–200.

C: A Reference Manual. Samuel P. Harbison and Guy L. Steele, Jr. Third edition; Prentice-Hall, 1991, ISBN 0-13-110933-2.

另見

多任務處理

迭代器

Generators

惰性求值

管道

Protothreads

子程序

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