【并发编程十九】芊程（fiber）

 

【并发编程十九】芊程（fiber）

• 一、前言
• 二、芊程（fiber）
  • 1、线程中使用芊程
  • 2、获取当前芊程数据
  • 3、从芊程切回线程
  • 4、创建新的芊程
  • 5、删除芊程对象
  • 6、在不同芊程间切换
  • 7、芊程局部存储
• 三、demo
• 四、芊程和协程

简介：
我们本篇先讲解下芊程，下一篇再介绍协程，因为有了芊程的概念后，我们再讲解协程，就好理解了。

 

一、前言

芊程（fiber)是windows系统中的概念。当我们需要异步执行一些任务时，常见的作法就是开启一个工作线程，在工作线程中执行我们的任务。但是这样存在两个问题：

• 对于线程的调度是由操作系统内核控制的，所以我们无法确认操作系统何时会运行或挂起该线程。
• 对于一些轻量级的任务，创建一个新的线程去做，消耗较大。

那么有没有一种机制，既能新建线程执行任务，又没有新建线程消耗那么大呢？有，这就是芊程。

二、芊程（fiber）

1、线程中使用芊程

在windows系统中，一个线程可以有多个芊程，用户可以根据需要在各个芊程之间自由切换。如果需要在某个线程中使用芊程，则必须将该线程切换成芊程模式，这可以通过调用如下API函数实现。

 PVOID ConvertThreadToFiber(LPVOID lpParameter)

这个函数不仅仅将当前线程切换成芊程模式，也可以得到线程中的第1个芊程。我们可以通过这个函数的返回值来引用和操作芊程，这个线程是线程中的主芊程。但是这个主芊程无法指定芊程函数，所以什么也做不了。

简单了解：
在不同的芊程之间切换时，也会涉及到芊程上下面的切换，包括cpu寄存器数据的切换。默认情况下，x86系统的cpu浮点状态信息不属于cpu寄存器，不会为每个芊程都维护一份，因此如果在我们的芊程中执行浮点操作，则会导致数据被破坏。为了禁用这种行为，我需要用到convertThreadToFiberEx 函数

LPVOID ConvertThreadToFiberEx(
  [in, optional] LPVOID lpParameter,
  [in]           DWORD  dwFlags
);

2、获取当前芊程数据

我们可以通过参数lpParameter向主芊程传递数据，使用如下API函数获取当前芊程的数据。

PVOID GetFiberData();

3、从芊程切回线程

将线程从芊程模式切回至默认的线程模式时，会调用API函数

BOOL ConvertFiberToThread();

4、创建新的芊程

因为默认的主芊程什么都做不了，所以我们在需要时要创建新的芊程，这会用到API函数

LPVOID CreateFiber(
  [in]           SIZE_T                dwStackSize,
  [in]           LPFIBER_START_ROUTINE lpStartAddress,
  [in, optional] LPVOID                lpParameter
);

和创建线程的函数类似，参数dwStackSize指定芊程栈的大小，如果使用默认大小，这该值设置为0即可。我们可以将CreateFiber函数的返回值作为操作芊程的句柄。
芊程函数签名如下

VOID LPFIBER_START_ROUTINE(LOVOID  lpParameter)

5、删除芊程对象

当不需要使用芊程时，需要调用DeleteFiber删除芊程对象

void DeleteFiber(
  [in] LPVOID lpFiber
);

6、在不同芊程间切换

在不通过的芊程之间切换时，会调用API函数

void SwitchToFiber([in] LPVOID lpFiber);

7、芊程局部存储

和线程存在线程局部存储一样，芊程也可以有自己的局部存储——芊程局部存储，获取和设置芊程局部存储时，会调用API函数

DWORD FlsAlloc(
  [in] PFLS_CALLBACK_FUNCTION lpCallback
);
BOOL FlsFree(
  [in] DWORD dwFlsIndex
);
BOOL FlsSetValue(
  [in]           DWORD dwFlsIndex,
  [in, optional] PVOID lpFlsData
);
PVOID FlsGetValue(
  [in] DWORD dwFlsIndex
);

三、demo

以下代码只有一个主线程，主线程在切换到新建的芊程SwitchToFiber。由于在新建的芊程函数中是一个while无限循环，所以，如果协程中如果没有SwitchToFiber切回主协程，代码将在while中无限循环下去。

• 代码

#include <iostream>
#include<Windows.h>
#include<string>

using namespace std;

LPVOID mainWorkerFiber = NULL;
LPVOID pWorkerFiber = NULL;

void WINAPI workerFiberProc(LPVOID lpFiberParameter)
{
	while (true)
	{
		// 假设这是一个很耗时的操作
		SYSTEMTIME st;
		GetLocalTime(&st);

		cout << st.wYear << "-" << st.wMonth << "-" << st.wDay << " " << st.wHour << ":" << st.wMinute << ":" << st.wSecond <<" "<<st.wMilliseconds<< endl;

		//切回主协程
		SwitchToFiber(mainWorkerFiber);
	}
}

int main()
{
	mainWorkerFiber = ConvertThreadToFiber(NULL);

	int index = 0;
	while (index < 10)
	{
		++index;

		pWorkerFiber = CreateFiber(0, workerFiberProc, NULL);
		if (NULL == pWorkerFiber)
			return - 1;
		

		cout << "time not set"<<endl;
		Sleep(2000);
		SwitchToFiber(pWorkerFiber);
	}

	DeleteFiber(pWorkerFiber);
	ConvertFiberToThread();

	return 0;
}

• 切回主协程SwitchToFiber未注释掉，输出如下
  
• 切回主协程SwitchToFiber注释掉，输出如下
  

四、芊程和协程

• 芊程从本质上来说就是协程（coroutine)，Windows的芊程技术让单个线程能按照用户的意愿像线程一样自由切换，且没有线程切换那么大的开销和不可控性。

参考：
1、《c++服务器开发精髓》 张远龙 著；；
2、微软官网:https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winbase/nf-winbase-createfiber