协程必知必会-系列4-协程本地变量

原创已于 2024-10-23 08:37:58 修改 · 960 阅读

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#c++ #协程 #后端 #linux

于 2024-10-23 07:52:54 首次发布

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文章目录

协程本地变量
相关结构体
实现原理
代码实现
代码示例
思考题

协程本地变量

在上一篇文章中，我们介绍了如何通过协程来实现批量并发执行，本篇文章将向大家介绍如何在协程的基础之上，实现协程本地变量。

注意：「为了减轻大家的阅读负担，在文章中只展示必要的代码，和当前讲解内容无关的代码在代码块中采用…进行忽略」。

完整的代码，已经开源在github上，地址为：https://github.com/wanmuc/MyCoroutine 。

在开源库中协程本地变量涉及的代码文件如下所示，文章后续代码的出处就不再说明。

.
├── common.h  // LocalVariable结构体定义
├── localvariable.cpp  // 协程本地变量核心函数实现
├── localvariable.h  // 协程本地变量模版类封装
└── mycoroutine.h // 协程本地变量核心函数声明

实现原理

本小节来介绍一下实现原理，协程本地变量是通过this指针，去不同协程的local中索引不同的LocalVariable类型的变量。

然后再进行读写操作的，从而实现在不同的协程内操作协程本地变量的相互隔离。

下面的简图将使这个逻辑变得清晰易懂。

在这里插入图片描述

代码实现

协程本地变量的实现涉及到2个类，一个是Schedule类，一个CoroutineLocal模版类。

在Schedule类中新增了2个函数的声明。

// 协程调度器
class Schedule {
 public:
  ...
  void LocalVariableSet(void *key, const LocalVariable &local_variable);  // 设置协程本地变量
  bool LocalVariableGet(void *key, LocalVariable &local_variable);        // 获取协程本地变量
  ...
};

LocalVariableSet和LocalVariableGet函数分别用于设置和获取协程本地变量的值，是核心的底层函数。它们的实现如下所示。

void Schedule::LocalVariableSet(void* key, const LocalVariable& local_variable) {
  assert(not is_master_);
  auto iter = coroutines_[slave_cid_]->local.find(key);
  if (iter != coroutines_[slave_cid_]->local.end()) {
    iter->second.free(iter->second.data);  // 之前有值，则要先释放空间
  }
  coroutines_[slave_cid_]->local[key] = local_variable;
}

bool Schedule::LocalVariableGet(void* key, LocalVariable& local_variable) {
  assert(not is_master_);
  auto iter = coroutines_[slave_cid_]->local.find(key);
  if (iter == coroutines_[slave_cid_]->local.end()) {
    int32_t relate_bid = coroutines_[slave_cid_]->relate_bid;
    if (relate_bid == kInvalidBid) {  // 没有关联的Batch，直接返回false
      return false;
    }
    int32_t parent_cid = batchs_[relate_bid]->parent_cid;
    iter = coroutines_[parent_cid]->local.find(key);
    if (iter == coroutines_[parent_cid]->local.end()) {  // 父从协程中也没查找到，直接返回false
      return false;
    }
  }
  local_variable = iter->second;
  return true;
}

LocalVariableSet函数的逻辑如下：

在local中查询，如果已经存在值，则先调用free函数来释放空间。
最后把协程本地变量最新的值，保存在local中。

LocalVariableGet函数的逻辑如下：

在local中查询，如果查询到了，则直接返回值。
查询不到，则判断当前协程是否为批量并发执行的子从协程。
如果是子从协程，再在父从协程中查询，查询到了，则直接返回值。
父从协程中查询不到，则返回不存在。

注意：「想了解批量并发执行，可以移步阅读本系列的第三篇文章」。

从易用性的角度出发，协程本地变量做了易用性封装，相关的代码如下所示。

// 协程本地变量模版类封装
template <typename Type> 
class CoroutineLocal {
public:
  CoroutineLocal(Schedule &schedule) : schedule_(schedule) {}
  static void free(void *data) {
    if (data)
      delete (Type *)data;
  }

  Type &Get() {
    MyCoroutine::LocalVariable local_variable;
    bool result = schedule_.LocalVariableGet(this, local_variable);
    assert(result == true);
    return *(Type *)local_variable.data;
  }
  // 重载类型转换操作符，实现协程本地变量直接给Type类型的变量赋值的功能
  operator Type() {
    return Get();
  }
  // 重载赋值操作符，实现Type类型的变量直接给协程本地变量赋值的功能
  CoroutineLocal &operator=(const Type &value) {
    Set(value);
    return *this;
  }

private:
  void Set(Type value) {
    Type *data = new Type(value);
    MyCoroutine::LocalVariable local_variable;
    local_variable.data = data;
    local_variable.free = free;
    schedule_.LocalVariableSet(this, local_variable);
  }

private:
  Schedule &schedule_;
};

CoroutineLocal是一个模版类，只有一个schedule_成员变量，是指向Schedule类对象的引用。

CoroutineLocal类中的Get和Set函数，是对LocalVariableGet和LocalVariableSet函数调用的简单封装。

CoroutineLocal类还重载了类型转换操作符和赋值操作符，「从而实现CoroutineLocal类对象和Type类型变量的相互赋值」。

代码示例

最后我们来看一下协程本地变量使用的一个示例。

#include "mycoroutine.h"
#include "localvariable.h"
#include <iostream>

using namespace std;
using namespace MyCoroutine;

void LocalVar1(Schedule &schedule, CoroutineLocal<int32_t> &local_var,
               int &sum) {
  local_var = 100;
  schedule.CoroutineYield();
  assert(100 == local_var);
  sum += local_var;
}
void LocalVar2(Schedule &schedule, CoroutineLocal<int32_t> &local_var,
               int &sum) {
  local_var = 200;
  schedule.CoroutineYield();
  assert(200 == local_var);
  sum += local_var;
}

int main() {
  // 创建一个协程调度对象，并自动生成大小为1024的协程池
  Schedule schedule(1024);
  int sum = 0;
  CoroutineLocal<int32_t> local_var(schedule);
  schedule.CoroutineCreate(LocalVar1, ref(schedule), ref(local_var), ref(sum));
  schedule.CoroutineCreate(LocalVar2, ref(schedule), ref(local_var), ref(sum));
  schedule.Run();  // Run函数完成从协程的自行调度，直到所有的从协程都执行完
  cout << "sum = " << sum << endl;
  return 0;
}