协程与yield

协程，又称微线程或纤程，是一种比进程和线程更加轻量级的执行方式，现代编程语言中也有多种不同的实现方式。那么，协程究竟有什么特点，它又是如何运作的呢？

进程和线程之间的关系，我在《线程和进程的比较之我见》中做过简单比较。线程可以理解为程序的一条执行流，而进程则是资源和线程的容器。在单核 CPU 上，从某一个瞬间来看，通常只有一条线程正在执行，操作系统通过调度机制在不同的进程和线程之间进行切换。

而协程通常运行在用户空间，操作系统并不会直接对每一个协程进行调度，而是由程序自身负责协程之间的切换。相比通过操作系统内核进行线程切换，协程切换通常更加轻量，这也是协程能够高效处理大量任务的一个重要原因。

那么，协程究竟是一种什么样的存在呢？

上面说到，线程是一条指令的执行流，而这个执行流通常由函数这些最小的执行单元组成。普通情况下，一个函数执行过程中发生阻塞，后续逻辑通常需要等待它继续执行或返回。协程提供了一种不同的方式：一个函数可以在执行过程中主动暂停，保存当前状态，让出执行权，之后再从原来的位置继续恢复执行，从而实现多个任务之间的协作式调度。

Python 和 PHP 5.5 及以上版本中，可以利用生成器中的 yield 在一定程度上实现类似协程的协作式执行。例如，在一个车流量较多的路口，摄像头获取车牌号，并将结果保存到文本文件，可以这样处理：

#!/usr/bin/env python
import random

def getNum(action):
    action.next()
    while True:
        num = random.randint(1000, 9999) # 获取车牌号，这里随机模拟
        stored = action.send(num)
        if stored > 500:
            break
    action.close()

def storage():
    r = 0
    while True:
        f = open("./car.txt", "a")
        num = yield r
        print num
        if num:
            f.write(str(num) + "\n")
            r = r + 1
        f.close()

if __name__ == "__main__":
    S = storage()
    getNum(S)

PHP 中也可以使用 yield 实现类似的协作过程：

<?php
function getNum($action){
    while(1){
        $num = rand(1000, 9999);
        $stored = $action->send($num);
        if($stored > 500){
            break;
        }
    }
}

function storage(){
    $r = 0;
    while(1){
        $num = (yield $r);
        if($num){
            echo $num."\n";
            file_put_contents("./car.txt", $num."\n", FILE_APPEND);
            $r++;
        }
    }
}

$S = storage();
getNum($S);

yield 这个关键字在很多语言中都有不同形式的应用。在 Python 和 PHP 中，如果一个函数中包含 yield，通常会返回一个**生成器（Generator）**对象。

上面的例子中，两个函数并不是一个执行完之后，另一个才开始运行，而是通过 yield 和 send() 在不同的执行阶段相互协作、交换数据。因此，这种方式更接近协作式调度，而不是线程的抢占式多任务。

需要注意的是，Python 2 中的生成器通常需要通过 next() 进行启动，然后才能向生成器发送数据；而不同语言和版本对于生成器的具体使用方式也有所区别。

当然，yield 本身并不等同于完整的协程系统，它只是提供了一种暂停和恢复执行状态的机制。要进一步理解和使用协程，还可以了解 gevent 等库。gevent 为 Python 提供了较完整的协程支持，可以通过协作式调度处理大量 I/O 密集型任务。