PHP自5.5起引入了生成器(Generator)，基于其可實現(xiàn)協(xié)程編程。本文先回顧生成器，然后過渡到協(xié)程編程。

yield與生成器

生成器

生成器是一種數(shù)據(jù)類型，實現(xiàn)了iterator接口。不能通過new得到生成器實例，也沒有獲取生成器實例的靜態(tài)方法。得到生成器實例的唯一辦法是調(diào)用生成器函數(shù)（包含yield關(guān)鍵字的函數(shù)）。調(diào)用生成器函數(shù)直接返回一個生成器對象，生成器運行時函數(shù)內(nèi)的代碼才開始執(zhí)行。

先上代碼直觀感受一下yield與生成器：

# generator1.php
function foo() {
    exit('exit script when generator runs.');
    yield;
}

$gen = foo();
var_dump($gen);
$gen->current();

echo 'unreachable code!';

# 執(zhí)行結(jié)果
object(Generator)#1 (0) {
}
exit script when generator runs.

foo函數(shù)包含yield關(guān)鍵字，變身為生成器函數(shù)。調(diào)用foo不會執(zhí)行函數(shù)體中的任何代碼，而是返回一個生成器實例。生成器運行后，foo函數(shù)內(nèi)的代碼執(zhí)行，腳本結(jié)束。

如其名，生成器可以用來生成數(shù)據(jù)。只是其生成數(shù)據(jù)的方式與其他函數(shù)不一樣：生成器通過yield返回數(shù)據(jù)，而非return; yield返回數(shù)據(jù)后，生成器函數(shù)不會銷毀，只是暫停運行，未來可以從暫停處恢復運行；生成器運行一次，(只)返回一個數(shù)據(jù)，多次運行就返回多個數(shù)據(jù)；不調(diào)用生成器獲取數(shù)據(jù)，生成器內(nèi)的代碼就躺著不動，所謂動次打次，說的就是生成器生成數(shù)據(jù)的樣子。

生成器實現(xiàn)了迭代器接口，獲取生成器數(shù)據(jù)可以用foreach循環(huán)或手工current/next/valid。如下代碼演示數(shù)據(jù)生成和遍歷：

# generator2.php
function foo() {
  # 返回鍵值對數(shù)據(jù)
  yield "key1" => "value1";
  $count = 0;
  while ($count < 5) {
    # 返回值，key自動生成
    yield $count;
    ++ $count;
  }
  # 不返回值，相當于返回null
  yield;
}

# 手動獲取生成器數(shù)據(jù)
$gen = foo();
while ($gen->valid()) {
  fwrite(STDOUT, "key:{$gen->key()}, value:{$gen->current()}\n");
  $gen->next();
}

# foreach 遍歷數(shù)據(jù)
fwrite(STDOUT, "\ndata from foreach\n");
foreach (foo() as $key => $value) {
    fwrite(STDOUT, "key:$key, value:$value\n");
}

yield

yield關(guān)鍵字是生成器的核心，其讓普通函數(shù)異化(進化)為生成器函數(shù)。yield有“讓出”的意思，程序執(zhí)行到yield語句會暫停執(zhí)行，讓出CPU并將控制權(quán)返回到調(diào)用者，下次執(zhí)行時從中斷點繼續(xù)執(zhí)行。控制權(quán)返回到調(diào)用者時，yield語句可以攜帶值返回給調(diào)用方。generator2.php腳本演示了yield返回值的三種形式：

1. yield $key => $value: 返回數(shù)據(jù)的key和value;

2. yield $value: 返回數(shù)據(jù)，key由系統(tǒng)分配；

3. yield: 返回null值，key由系統(tǒng)分配；

yield讓函數(shù)可以隨時暫停、繼續(xù)執(zhí)行，并返回數(shù)據(jù)給調(diào)用方。如果繼續(xù)執(zhí)行時需要外部數(shù)據(jù)，這個工作由生成器的send函數(shù)提供：出現(xiàn)在yield左邊等號的變量會接收send傳來的值。看一個常見的send函數(shù)使用樣例：

function logger(string $filename) {
  $fd = fopen($filename, 'w+');
  while($msg = yield) {
    fwrite($fd, date('Y-m-d H:i:s') . ':' . $msg . PHP_EOL);
  }
  fclose($fd);
}

$logger = logger('log.txt');
$logger->send('program starts!');
// do some thing
$logger->send('program ends!');

send讓生成器之間和外部有雙向數(shù)據(jù)通信的能力：yield返回數(shù)據(jù)；send提供繼續(xù)運行的支撐數(shù)據(jù)。由于send讓生成器繼續(xù)執(zhí)行，這個行為與迭代器的next接口類似，next相當于send(null)。

其他

1. $string = yield $data;的表達式在PHP7前不合法，需要加括號：$string = (yield $data);

2. PHP5生成器函數(shù)不能return值，PHP7后可以return值，并通過生成器的getReturn獲取返回的值。

3. PHP7新增了yield from語法，實現(xiàn)了生成器委托。

4. 生成器是單向迭代器，開動后不能調(diào)用rewind。

總結(jié)

相對于其他迭代器，生成器具有性能開銷小、編碼容易的特點。其作用主要體現(xiàn)在三個方面：

1. 數(shù)據(jù)生成（生產(chǎn)者），通過yield返回數(shù)據(jù)；

2. 數(shù)據(jù)消費（消費者），消費send傳來的數(shù)據(jù)；

3. 實現(xiàn)協(xié)程。

關(guān)于PHP中的生成器及基本用法，建議看看 2gua 大佬的博文：PHP之生成器，生動有趣且易懂。

協(xié)程編程

協(xié)程(coroutine)是隨時可中斷、恢復執(zhí)行的子程序，yield關(guān)鍵字讓函數(shù)擁有這種能力，所以可以用于協(xié)程編程。

進程、線程和協(xié)程

線程歸屬于進程，一個進程可有多個線程。進程是計算機分配資源的最小單位，線程是計算機調(diào)度執(zhí)行的最小單位。進程和線程均由操作系統(tǒng)調(diào)度。

協(xié)程可以看成“用戶態(tài)的線程”，需要用戶程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)度。線程和進程由操作系統(tǒng)調(diào)度“搶占式”交替運行，協(xié)程主動讓出CPU“協(xié)商式”交替運行。協(xié)程十分的輕量，協(xié)程切換不涉及線程切換，執(zhí)行效率高，數(shù)目越多，越能體現(xiàn)協(xié)程的優(yōu)勢。

生成器和協(xié)程

生成器實現(xiàn)的協(xié)程屬于無棧協(xié)程(stackless coroutine)，即生成器函數(shù)只有函數(shù)幀，運行時附加到調(diào)用方的棧上執(zhí)行。不同于功能強大的有棧協(xié)程（stackful coroutine），生成器暫停后無法控制程序走向，只能將控制權(quán)被動的歸還調(diào)用者；生成器只能中斷自身，不能中斷整個協(xié)程。當然，生成器的好處便是效率高（暫停時只需保存程序計數(shù)器即可），實現(xiàn)簡單。

協(xié)程編程

說到PHP中的協(xié)程編程，相信大部分人已經(jīng)看過鳥哥轉(zhuǎn)載（翻譯）的這篇博文：在PHP中使用協(xié)程實現(xiàn)多任務調(diào)度。原文作者 nikic 是PHP的核心開發(fā)者，生成器功能的倡議者和實現(xiàn)人。想深入了解生成器及基于其的協(xié)程編程，nikic關(guān)于生成器的RFC和鳥哥網(wǎng)站上的文章必讀。

先看看基于生成器的協(xié)程工作方式：協(xié)程協(xié)作式工作，即協(xié)程之間通過主動讓出CPU達到多任務交替運行（即并發(fā)多任務，但不是并行）；一個生成器可看成一個協(xié)程，執(zhí)行到yield語句，讓出CPU控制權(quán)回到調(diào)用方，調(diào)用方繼續(xù)執(zhí)行其他協(xié)程或其他代碼。

再來看鳥哥博客理解的難點何在。協(xié)程非常輕量，一個系統(tǒng)中可以同時存在成千上萬個協(xié)程（生成器）。而操作系統(tǒng)不會對協(xié)程調(diào)度，安排協(xié)程執(zhí)行的工作就落到開發(fā)者身上。部分人看不懂鳥哥文章的協(xié)程部分，是因為里面說協(xié)程編程少（寫協(xié)程主要就是寫生成器函數(shù)），而是花筆墨實現(xiàn)了一個協(xié)程的調(diào)度器(scheduler或者kernel)：模擬了操作系統(tǒng)，對所有協(xié)程進行公平調(diào)度。PHP開發(fā)一般的思維是：我寫了這些代碼，PHP引擎會調(diào)用我這些代碼得到預期結(jié)果。而協(xié)程編程不僅要寫干活的代碼，還要寫指導這些代碼什么時候干活的代碼。沒有很好的把握作者的思維，理解起來自然會難一些。需要自行調(diào)度，這是生成器協(xié)程相對于原生協(xié)程(async/await形式)的一個缺點。

知道了協(xié)程是怎么回事，那么它能用來干什么？協(xié)程自行讓出CPU來協(xié)作高效利用CPU，讓出的時機當然應該是程序阻塞時。什么地方會讓程序阻塞呢？用戶態(tài)的代碼鮮有阻塞，阻塞主要是系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的大頭是IO，所以協(xié)程的主要應用場景在網(wǎng)絡編程。為了讓程序高性能、高并發(fā)，程序應該異步執(zhí)行不能阻塞。既然異步執(zhí)行，就需要通知和回調(diào)，寫回調(diào)函數(shù)避免不了“回調(diào)地獄(callback hell)”的問題：代碼可讀性差，程序執(zhí)行流程散落在層層回調(diào)函數(shù)中等。解決回調(diào)地獄的方式主要有兩種：Promise和協(xié)程。協(xié)程能以同步的方式編寫代碼，在高性能網(wǎng)絡編程(IO密集型)中是推薦的。

再回過頭看PHP中的協(xié)程編程。PHP中基于生成器實現(xiàn)實現(xiàn)協(xié)程編程，優(yōu)先推薦使用RecoilPHP、Amp等協(xié)程框架。這些框架已經(jīng)寫好了調(diào)度器，在其上開發(fā)直接寫生成器函數(shù)，內(nèi)核會自動調(diào)度執(zhí)行（想讓一個函數(shù)以協(xié)程方式調(diào)度執(zhí)行，在函數(shù)體內(nèi)加上yield即可）。如果不想用yield方式進行協(xié)程編程，推薦swoole或其衍生框架，能做到類似golang的協(xié)程編程體驗，又能享受PHP的開發(fā)效率。

如果想用原生態(tài)的做PHP協(xié)程編程，類似鳥哥博客中的調(diào)度器必不可少。調(diào)度器調(diào)度協(xié)程執(zhí)行，協(xié)程中斷后控制權(quán)又回到調(diào)度器中。所以調(diào)度器應該總是在主（事件）循環(huán)中，即CPU不在執(zhí)行協(xié)程，就應當在執(zhí)行調(diào)度器的代碼。無協(xié)程運行時，調(diào)度器應當自我阻塞避免消耗CPU（鳥哥博客中使用了內(nèi)置的select系統(tǒng)調(diào)用），等待事件到來再執(zhí)行相應的協(xié)程。程序運行期間，除了調(diào)度器阻塞，協(xié)程在運行過程中不應該調(diào)用阻塞API。

總結(jié)

在協(xié)程編程中，yield的主要作用是將控制權(quán)轉(zhuǎn)讓，無需糾結(jié)于其返回值（基本上yield返回的值會在下次執(zhí)行時直接send過來）。重點應當關(guān)注控制權(quán)轉(zhuǎn)讓的時機，以及協(xié)程的運作方式。

另外需要說明一點，協(xié)程和異步?jīng)]有多大關(guān)系，還要看運行環(huán)境支撐。常規(guī)的PHP運行環(huán)境，即使用了promise/coroutine，也還是同步阻塞的。再牛逼的協(xié)程框架，sleep一下也不好使了。作為類比，即使JavaScript不使用promise/async這些技術(shù)，也是異步非阻塞的。

通過生成器和Promise，能實現(xiàn)類似于await的協(xié)程編程，相關(guān)代碼在Github上很多，本文不再給出。

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