一、關于協程

從 1.54.0 版本開始，Boost.Asio 支持協程。雖然您可以直接使用 Boost.Coroutine，但 Boost.Asio 中對協程的顯式支持使得使用它們變得更加容易。

協程讓您創建一個反映實際程序邏輯的結構。異步操作不會拆分函數，因為沒有處理程序來定義異步操作完成時應該發生什么。程序可以使用順序結構，而不是讓處理程序相互調用。

二、協程的好處

考慮多任務協作的場景. 如果是線程的并發, 那么大家需要搶 CPU 用, 還需要條件變量/信號量或者上鎖等技術, 來確保正確的線程正在工作.

如果在協程中, 大家就可以主動暫停自己, 多個任務互相協作. 這樣可能就比大家一起搶 CPU 更高效一點, 因為你能夠控制哪個協程用上 CPU.

一個例子：

生產者/消費者模型: 生產者生產完畢后, 暫停自己, 把控制流還給消費者. 消費者消費完畢后, resume 生產者, 生產者繼續生產. 這樣循環往復.

異步調用: 比如你要請求網絡上的一個資源.

• 發請求給協程
• 協程收到請求以后, 發出請求. 協程暫停自己, 把控制權還回去.
• 你繼續做些別的事情. 比如發出下一個請求. 或者做一些計算.
• 恢復這個協程, 拿到資源 (可能還要再等一等)

理想狀態下, 4 可以直接用上資源, 這樣就完全不浪費時間.

如果是同步的話:

• 發請求給函數.
• 函數收到請求以后, 等資源.
• 等了很久, 資源到了, 把控制權還回去.

明顯需要多等待一會兒. 如果需要發送上百個請求, 那顯然是第一種異步調用快一點. (等待的過程中可以發送新的請求)

如果沒有協程的話, 解決方案之一是使用多線程. 像這樣:

• 發請求給函數.
• 函數在另外的線程等, 不阻塞你的線程.
• 你繼續做些別的事情. 比如發出下一個請求. 或者做一些計算.
• 等到終于等到了, 他再想一些辦法通知你.

然后通知的辦法就有 promise 和回調這些辦法.

三、協程得用法

我們照著 C++20 標準來看看怎么用協程. 用 g++, 版本 10.2 進行測試.

目前 C++20 標準只加入了協程的基本功能, 還沒有直接能上手用的類. GCC 說會盡量與 clang 和 MSVC 保持協程的 ABI 兼容, 同時和 libc++ 等保持庫的兼容. 所以本文可能也適用于它們.

協程和主程序之間通過 promise 進行通信. promise 可以理解成一個管道, 協程和其調用方都能看得到.

以前的 std::async 和 std::future 也是基于一種特殊的 promise 進行通信的, 就是 std::promise. 如果要使用協程, 則需要自己實現一個全新的 promise 類, 原理上是類似的.

四、與線程的區別

線程處于進程之中，協程處于線程之中，線程有系統內核調度，而協程有程序員自己調度。一個線程可以有多個協程，而且只要內存足夠，一個線程中可以有任意多個協程；但某一時刻只能有一個協程在運行，多個協程分享該線程分配到的計算機資源。協程是追求極限性能和優美的代碼結構的產物。

使用過程中需要包含#include <boost/coroutine2/all.hpp>，鏈接動態庫：-lboost_coroutine -lboost_context。關于使用boost庫錯

協程有如下特點：

1. 同其他數據類型一樣，協程也是第一類（first-class）對象，可以被當參數傳遞等操作；
2. 運行特點是掛起運行，離開協程，過后再進入，恢復運行；
3. 具有對稱和非對稱的轉移控制機制;
4. 掛起前和恢復后本地變量的值是一致的；
5. 有stackless和stackful兩種類型

五、協程示例

示例 32.7。使用 Boost.Asio 的協程

#include <boost/asio/io_service.hpp>
#include <boost/asio/spawn.hpp>
#include <boost/asio/write.hpp>
#include <boost/asio/buffer.hpp>
#include <boost/asio/ip/tcp.hpp>
#include <list>
#include <string>
#include <ctime>
using namespace boost::asio;
using namespace boost::asio::ip;
io_service ioservice;
tcp::endpoint tcp_endpoint{tcp::v4(), 2014};
tcp::acceptor tcp_acceptor{ioservice, tcp_endpoint};
std::list<tcp::socket> tcp_sockets;
void do_write(tcp::socket &tcp_socket, yield_context yield)
{
  std::time_t now = std::time(nullptr);
  std::string data = std::ctime(&now);
  async_write(tcp_socket, buffer(data), yield);
  tcp_socket.shutdown(tcp::socket::shutdown_send);
}
void do_accept(yield_context yield)
{
  for (int i = 0; i < 2; ++i)
  {
    tcp_sockets.emplace_back(ioservice);
    tcp_acceptor.async_accept(tcp_sockets.back(), yield);
    spawn(ioservice, [](yield_context yield)
      { do_write(tcp_sockets.back(), yield); });
  }
}
int main()
{
  tcp_acceptor.listen();
  spawn(ioservice, do_accept);
  ioservice.run();
}

調用 Boost.Asio 使用協程的函數是 boost::asio::spawn()。傳遞的第一個參數必須是 I/O 服務對象。第二個參數是將成為協程的函數。此函數必須接受 boost::asio::yield_context 類型的對象作為其唯一參數。它必須沒有返回值。示例 32.7 使用 do_accept() 和 do_write() 作為協程。如果函數簽名不同，例如 do_write() 的情況，您必須使用類似 std::bind 的適配器或 lambda 函數。

您可以將 boost::asio::yield_context 類型的對象而不是處理程序傳遞給異步函數。 do_accept() 將參數 yield 傳遞給 async_accept()。在 do_write() 中，yield 被傳遞給 async_write()。這些函數調用仍會啟動異步操作，但在操作完成時不會調用任何處理程序。而是恢復啟動異步操作的上下文。當這些異步操作完成時，程序會從中斷的地方繼續。

do_accept() 包含一個 for 循環。每次調用該函數時，都會將一個新套接字傳遞給 async_accept()。一旦客戶端建立連接，do_write() 將作為協程調用，并帶有 boost::asio::spawn() 以將當前時間發送給客戶端。

for 循環可以很容易地看出程序在退出之前可以為兩個客戶端提供服務。由于該示例基于協程，因此可以在 for 循環中實現異步操作的重復執行。這提高了程序的可讀性，因為您不必跟蹤對處理程序的潛在調用來找出最后一個異步操作何時完成。如果時間服務器需要支持兩個以上的客戶端，則只需調整 for 循環。