java 协程原理
在Java中,协程(Coroutine)是一种轻量级的线程解决方案,它可以在代码中实现类似于多线程的并发操作,但不涉及线程的创建和切换开销。
在传统的Java多线程编程模型中,线程的切换开销较大,而且需要手动管理线程之间的通信和同步。而协程则提供了一种更高级别的、面向任务的并发编程模型。
协程通过使用“挂起”和“恢复”操作来实现非阻塞的并发操作。在协程中,程序可以暂时挂起当前的执行状态,将控制权切换到其他协程中去执行,等到条件满足之后再恢复之前的执行状态。
在Java中,有一些库和框架提供了协程的实现,例如Quasar、Project Loom和Kotlin中的协程等。
其中,Quasar是一个基于协程的并发编程框架,它使用了一种称为“轻量级线程”的概念来实现协程。Quasar通过织入字节码的方式,将协程相关的操作转换为字节码指令,从而实现协程的挂起和恢复。
Quasar使用了Fiber(纤程)作为协程的基本单位,每个Fiber可以看作是一个独立的协程。通过使用FiberExecutorScheduler类,可以创建一个协程线程池来执行协程任务。
协程可以使用栈来存储执行上下文,因此在切换协程时,只需保存和恢复栈上的状态,而无需保存和恢复整个线程的状态,从而减少线程切换的开销。
请注意,Java中的协程是通过库或框架实现的,并非是Java语言本身的原生特性。目前,Java官方正在开发一个名为Project Loom的项目,旨在为Java语言原生提供协程支持,以更好地满足并发编程的需求。
quasar协程原理
Quasar是一个用于协程(Coroutines)的Java库,协程是一种用于实现轻量级并发的机制。与线程相比,协程具有更低的内存消耗和更高的并发能力。
Quasar的协程实现基于一种称为"纤程(Fiber)"的概念。纤程是一种更轻量级的线程,它可以在执行过程中主动地暂停和恢复,而无需进行线程上下文切换。Java Quasar通过改写字节码来实现这种纤程机制。
具体而言,Quasar使用了ASM字节码操纵库来重写Java字节码。在协程所在的方法中,Quasar会通过字节码重写的方式将其转换为能够进行协程调度的形式。这个过程被称为"纤程织入(Fiber Weaving)"。
在织入过程中,Quasar会将纤程相关的状态保存在堆上的对象中,而不是线程的堆栈中。这样可以实现纤程的暂停和恢复,同时减少了纤程的内存消耗。
当一个纤程被创建并开始执行时,它会绑定到一个线程上。每个线程都有一个称为"调度器(Scheduler)" 的组件,它负责管理和调度纤程的执行。调度器维护一个纤程的队列,并在适当的时候将纤程切换到运行状态。
在协程执行过程中,所有的纤程调度和切换都是由调度器控制的。当一个纤程到达可以被暂停的点,或者等待某个条件时,调度器会切换到另一个可运行的纤程。这种切换是一种协作式调度,不需要进行显式的线程上下文切换。
通过这种方式,Quasar实现了协程的轻量级调度和并发执行。它提供了一种更高级别的抽象,让开发者可以使用协程来编写并发代码,而不需要过多地关注线程的管理和同步。
Quasar 实例
下面的例子演示了如何使用`Quasar`和`FiberExecutorScheduler`来并发下载多个网页的内容。每个下载都在自己的协程中进行,以提高并发性。
import co.paralleluniverse.fibers.Fiber; import co.paralleluniverse.fibers.FiberExecutorScheduler; import co.paralleluniverse.strands.SuspendExecution; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.URL; import java.util.concurrent.Executors; public class CoroutineThreadPoolExample { public static void main(String[] args) { FiberExecutorScheduler scheduler = new FiberExecutorScheduler("Coroutines", Executors.newFixedThreadPool(4)); String[] urls = { "https://example.com", "https://www.google.com", "https://www.facebook.com", "https://www.twitter.com" }; for (String url : urls) { Fiber.schedule(scheduler, () -> { try { System.out.println("Downloading from " + url + " on fiber " + Fiber.currentFiber().getName()); String content = downloadWebPage(url); System.out.println("Downloaded from " + url + ": " + content); } catch (SuspendExecution | IOException | InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); } scheduler.shutdown(); } private static String downloadWebPage(String url) throws IOException, InterruptedException { URL webpage = new URL(url); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(webpage.openStream())); StringBuilder content = new StringBuilder(); String line; while ((line = reader.readLine()) != null) { content.append(line).append("\n"); } reader.close(); Fiber.sleep(1000); return content.toString(); } }
在这个示例中,我们创建了一个固定大小为 4 的线程池,并使用 `Executors.newFixedThreadPool(4)` 创建了 `Executor` 对象。然后,我们将这个 `Executor` 对象传递给 `FiberExecutorScheduler` 构造函数,创建了一个协程线程池调度器。
然后,我们定义了一个字符串数组,存储要下载的网页的 URL。接下来,我们循环提交任务。对于每个 URL,我们使用 `Fiber.schedule()` 方法将下载任务提交给协程线程池。在每个任务的逻辑中,我们首先输出正在下载的网页的URL和当前协程的名称,然后调用 `downloadWebPage()` 方法下载网页的内容,并输出下载完毕的消息。
`downloadWebPage()` 方法实际上是一个简单的方法,它接受一个 URL,使用 `java.net.URL` 类来打开连接并读取网页的内容。然后,它使用 `StringBuilder` 构建页面内容,并使用 `Fiber.sleep()` 模拟耗时的下载操作。
最后,我们调用 `scheduler.shutdown()` 来关闭协程线程池。