PHP中產生器和協程是如何?的

本篇文章給大家分享的是關於PHP中產生器和協程是如何?的，內容很不錯，有需要的朋友可以參考一下，希望可以協助到大家。

先說一些廢話

PHP 5.5 以來，新的諸多特性又一次令 PHP 煥發新的光彩，雖然在本文寫的時候已是 PHP 7 alpha 2 發布後的一段時間，但此時國內依舊是 php 5.3 的天下。不過我認為新的特性遲早會因為舊的版本的逐漸消失而變得越發重要，尤其是 PHP 7 的正式版出來後，因此本文的目的就是為了在這之前，協助一些 PHPer 瞭解一些他們從沒有瞭解的東西。所以打算將以本篇作為部落格中 PHP 知識補全 系列文章的開篇。

其實在寫本文之前，我對產生器以及基於此特性延伸出來的 php 的協程實現並沒有比較直觀的瞭解，主要是我個人水平並不是很高，屬於典型的剛入了門的 PHPer。所以在看了前段時間鳥哥（laruence）部落格中對協程的講解（參考連結：《PHP中使用協同程式實現合作多任務》）後，在我個人對本篇的理解上，針對那些比較難以理解的概念（包括我個人在理解這一概念的時候的痛點），以一個更為通俗的方式去講明白。當然由於本人也是剛剛去學習這一概念，所以有些不得當的地方在所難免，希望大神看見了請不吝賜教。

一切從 Iterator 和 Generator 開始

為便於新入門開發人員理解，本文一半篇幅是講述迭代器介面（Iterator）和 Generator 類的，對此已經理解的話，可以直接跳過。

迭代和迭代器

在理解本文大多數概念前，有必要知道迭代和迭代器。事實上，迭代大家都知道是什麼，可是我不知道（真的，在此之前對這個概念沒有系統瞭解）。迭代是指反覆執行一個過程，每執行一次叫做一次迭代。實際上我們經常做這種事情，比如：

<?php$mapping = [  'red'  => '#FF0000',  'green' => '#00FF00',  'blue' => '#0000FF'];foreach ($mapping as $key => $value) {  printf("key: %d - value: %s\n", $key, $value);}

我們可以看到通過 foreach 對數組遍曆并迭代輸出其內容。在這一環節中，我們需要關注的重點是數組。雖然我們迭代的過程是 foreach 語句中的代碼塊，但實際上數組 $mapping 在每一次迭代中發生了變化，意味著數組內部也存在著一次迭代。如果我們把數組看做一個對象，foreach 實際上在每一次迭代過程都會調用該對象的一個方法，讓數組在自己內部進行一次變動（迭代），隨後通過另一個方法取出當前數組對象的鍵和值。這樣一個可通過外部遍曆其內部資料的對象就是一個迭代器對象，其遵循的統一的提供者就是迭代器介面（Iterator）。

PHP 提供了一個統一的迭代器介面。關於迭代器 PHP 官方文檔有更為詳細的描述，建議去瞭解。

interface Iterator extends Traversable{  /**   * 擷取當前內部標量指向的元素的資料   */  public mixed current ( void )  /**   * 擷取當前標量   */  public scalar key ( void )  /**   * 移動到下一個標量   */  public void next ( void )  /**   * 重設標量   */  public void rewind ( void )  /**   * 檢查當前標量是否有效   */  public boolean valid ( void )}

我們來給出一個執行個體，去實現一個簡單的迭代器：

class Xrange implements Iterator{  protected $start;  protected $limit;  protected $step;  protected $i;  public function __construct($start, $limit, $step = 0)  {    $this->start = $start;    $this->limit = $limit;    $this->step = $step;  }  public function rewind()  {    $this->i = $this->start;  }  public function next()  {    $this->i += $this->step;  }  public function current()  {    return $this->i;  }  public function key()  {    return $this->i + 1;  }  public function valid()  {    return $this->i <= $this->limit;  }}

通過 foreach 遍曆來看看這個迭代器的效果：

foreach (new Xrange(0, 10, 2) as $key => $value) {  printf("%d %d\n", $key, $value);}

輸出：

1 0
3 2
5 4
7 6
9 8
11 10

至此我們看到了一個迭代器的實現。一些人在瞭解這一特性會很激動的將其應用在實際項目中，但有些則疑惑這有什麼卵用呢？迭代器只是將一個普通對象變成了一個可被遍曆的對象，這在有些時候，如一個對象 StudentsContact，這個對象是用於處理學生連絡方式的，通過 addStudent 方法註冊學生，通過 getAllStudent 擷取全部註冊的學生連絡方式數組。我們以往遍曆是通過 StudentsContact::getAllStudent() 擷取一個數組然後遍曆該數組，但是現在有了迭代器，只要這個類繼承這個介面，就可以直接遍曆該對象擷取學生數組，並且可以在擷取之前在類的內部就對輸出的資料做好處理工作。

當然用處遠不止這麼點，但在這裡就不過多糾結。有一個在此基礎上更為強大的東西，產生器。

產生器，Generator

雖然迭代器僅需繼承介面即可實現，但依舊很麻煩，我們畢竟需要定義一個類並實現該介面所有方法，這十分繁瑣。在一些情景下我們需要更簡潔的辦法。產生器提供了一種更容易的方法來實現簡單的對象迭代，相比較定義類實現 Iterator 介面的方式，效能開銷和複雜性大大降低。

PHP 官方文檔這樣說的：

產生器允許你在 foreach 代碼塊中寫代碼來迭代一組資料而不需要在記憶體中建立一個數組, 那會使你的記憶體達到上限，或者會佔據可觀的處理時間。相反，你可以寫一個產生器函數，就像一個普通的自訂函數一樣, 和普通函數只返回一次不同的是, 產生器可以根據需要 yield 多次，以便產生需要迭代的值。

一個簡單的例子就是使用產生器來重新實現 range() 函數。 標準的 range() 函數需要在記憶體中產生一個數組包含每一個在它範圍內的值，然後返回該數組, 結果就是會產生多個很大的數組。 比如，調用 range(0, 1000000) 將導致記憶體佔用超過 100 MB。

做為一種替代方法, 我們可以實現一個 xrange() 產生器, 只需要足夠的記憶體來建立 Iterator 對象並在內部跟蹤產生器的目前狀態，這樣只需要不到1K位元組的記憶體。

官方文檔給了上文對應的例子，我們在此簡化了一下：

function xrange($start, $limit, $step = 1) {  for ($i = $start; $i <= $limit; $i += $step) {    yield $i + 1 => $i; // 關鍵字 yield 表明這是一個 generator  }}// 我們可以這樣調用foreach (xrange(0, 10, 2) as $key => $value) {  printf("%d %d\n", $key, $value);}

可能你已經發現了，這個例子的輸出和我們前面在說迭代器的時候那個例子結果一樣。實際上產生器產生的正是一個迭代器對象執行個體，該迭代器對象繼承了 Iterator 介面，同時也包含了產生器對象自有的介面，具體可以參考 Generator 類的定義。

當一個產生器被調用的時候，它返回一個可以被遍曆的對象.當你遍曆這個對象的時候(例如通過一個foreach迴圈)，PHP 將會在每次需要值的時候調用產生器函數，並在產生一個值之後儲存產生器的狀態，這樣它就可以在需要產生下一個值的時候恢複調用狀態。

一旦不再需要產生更多的值，產生器函數可以簡單退出，而調用產生器的代碼還可以繼續執行，就像一個數組已經被遍曆完了。

我們需要注意的關鍵是 yield，這是產生器的關鍵。我們通過上面例子，可以看得出，yield 會將當前一個值傳遞給 foreach，換句話說，foreach 每一次迭代過程都會從 yield 處取一個值，直到整個遍曆過程不再存在 yield 為止的時候，遍曆結束。

我們也可以發現，yield 和 return 都會傳回值，但區別在於一個 return 是返回既定結果，一次返回完畢就不再返回新的結果，而 yield 是不斷產出直到無法產出為止。

實際上存在 yield 的函數傳回值返回的是一個 Generator 對象（這個對象不能手動通過 new 執行個體化），該對象實現了 Iterator 介面。那麼 Generator 自身有什麼獨特之處？繼續看：

yield

字面上解釋，yield 代表著讓位、讓行。正是這個讓行使得通過 yield 實現協程變得可能。

產生器函數的核心是 yield 關鍵字。它最簡單的調用形式看起來像一個 return 申明，不同之處在於普通 return 會傳回值並終止函數的執行，而 yield 會返回一個值給迴圈調用此產生器的代碼並且只是暫停執行產生器函數。

yield 和 return 的區別，前者是暫停當前過程的執行並傳回值，而後者是中斷當前過程並傳回值。暫停當前過程，意味著將處理權轉交由上一級繼續進行，直至上一級再次調用被暫停過程，該過程則會從上一次暫停位置繼續執行。這像是什麼呢？如果讀者在讀本篇文章之前已經在鳥哥的文章中粗略看過，應該知道這很像是一個作業系統的進程調度管理，多個進程在一個 CPU 核心上執行，在系統調度下每一個進程執行一段指令就被暫停，切換到下一個進程，這樣看起來就像是同時在執行多個任務。

但僅僅是如此還遠遠不夠，yield 更重要的特性是除了可以返回一個值以外，還能夠接收一個值！

function printer(){  while (true) {    printf("receive: %s\n", yield);  }}$printer = printer();$printer->send('hello');$printer->send('world');

上述例子輸出內容為：

receive: hello
receive: world

參考 PHP 官方中文文檔：產生器 對象 我們可以得知 Generator 對象除了實現 Iterator 介面中的必要方法以外，還有一個 send 方法，這個方法就是向 yield 語句處傳遞一個值，同時從 yied 語句處繼續執行，直至再次遇到 yield 後控制權回到外部。

我們通過之前也瞭解了一個問題，yield 可以在其位置中斷並返回一個值，那麼能不能同時進行 接收 和 返回 呢？當然，這可是實現協程的根本。我們對上述代碼做出修改：

<?phpfunction printer(){  $i = 0;  while (true) {    printf("receive: %s\n", (yield ++$i));  }}$printer = printer();printf("%d\n", $printer->current());$printer->send('hello');printf("%d\n", $printer->current());$printer->send('world');printf("%d\n", $printer->current());

輸出內容如下：

1
receive: hello
2
receive: world
3

current 方法是迭代器（ Iterator ）介面必要的方法，foreach 語句每一次迭代都會通過其擷取當前值，而後調用迭代器的 next 方法。我們為了使程式不會無限執行，手動調用 current 方法擷取值。

上述例子已經足以表示 yield 在那一個位置作為雙向傳輸的 工具，已具備實現協程的條件。

協程

這一部分我不打算長篇大論，本文開頭已經給出了鳥哥部落格中更為完善的文章，本文的目的是出於補充對 Generator 的細節。

我們要知道，對於單核處理器，多任務的執行原理是讓每一個任務執行一段時間，然後中斷、讓另一個任務執行然後在中斷後執行下一個，如此反覆。由於其執行切換速度很快，讓外部認為多個任務實際上是 “並行” 的。

鳥哥那篇文章這麼說道：

多任務協作這個術語中的 “協作” 很好的說明了如何進行這種切換的：它要求當前正在啟動並執行任務自動把控制傳回給調度器，這樣就可以運行其他任務了。這與 “搶佔” 多任務相反, 搶佔多任務是這樣的：調度器可以中斷運行了一段時間的任務, 不管它喜歡還是不喜歡。協作多任務在 Windows 的早期版本 (windows95) 和 Mac OS 中有使用, 不過它們後來都切換到使用搶先多任務了。理由相當明確：如果你依靠程式自動交出控制的話，那麼一些惡意的程式將很容易佔用整個CPU，不與其他任務共用。

我們結合之前的例子，可以發現，yield 作為可以讓一段任務自身中斷，然後回到外部繼續執行。利用這個特性可以實現多任務調度的功能，配合 yield 的雙向通訊功能，以實現任務和調度器之間進行通訊。

這樣的功能對於讀寫和操作 Stream 資源時尤為重要，我們可以極大的提高程式對於並發流資源的處理能力，比如實現 tcp server。

總結

PHP 自 5.4 到如今愈發穩定的 PHP 7，可以看到許多的新特性令這門語言愈發強大和完善，逐漸從純粹的 Web 語言變得有著更為廣泛的適用面，作為一枚 PHPer 的確不應當止步不前，我們依然有很多的東西需要不斷學習和加強。

雖然 “PHP 是世界上最好的語言” 這句話只是個調侃，但不可否認 PHP 即使不是最好，但也在努力變好的事實，對吧？