刚刚，阿里开源 iOS 协程开发框架 coobjc！

阿里妹导读：刚刚，阿里巴巴正式对外开源了基于 Apache 2.0 协议的协程开发框架 coobjc，开发者们能够在 Github 上自主下载。
coobjc是为iOS平台打造的开源协程开发框架，支持Objective-C和Swift，同时提供了cokit库为Foundation和UIKit中的部分API提供了协程化支持，本文将为你们详细介绍coobjc的设计理念及核心优点。

开源地址

https://github.com/alibaba/coobjc

iOS异步编程问题

从2008年第一个iOS版本发布至今的11年时间里，iOS的异步编程方式发展缓慢。

基于 Block 的异步编程回调是目前 iOS 使用最普遍的异步编程方式，iOS 系统提供的 GCD 库让异步开发变得很简单方便，可是基于这种编程方式的缺点也有不少，主要有如下几点：

• 容易进入"嵌套地狱"
• 错误处理复杂和冗长
• 容易忘记调用 completion handler
• 条件执行变得很困难
• 从互相独立的调用中组合返回结果变得极其困难
• 在错误的线程中继续执行（如子线程操做UI）
• 难以定位缘由的多线程崩溃（手淘中多线程crash已占比60%以上）
• 锁和信号量滥用带来的卡顿、卡死

针对多线程以及尤为引起的各类崩溃和性能问题，咱们制定了不少编程规范、进行了各类新人培训，尝试下降问题发生的几率，可是问题依然很严峻，多线程引起的问题占比并无明显的降低，异步编程原本就是很复杂的事情，单靠规范和培训是难以从根本上解决问题的，须要有更加好的编程方式来解决。

解决方案

上述问题在不少系统和语言开发中均可能会碰到，解决问题的标准方式就是使用协程，C#、Kotlin、Python、Javascript 等热门语言均支持协程极其相关语法，使用这些语言的开发者能够很方便的使用协程及相关功能进行异步编程。

2017 年的 C++ 标准开始支持协程，Swift5 中也包含了协程相关的标准，从如今的发展趋势看基于协程的全新的异步编程方式，是咱们解决现有异步编程问题的有效的方式，可是苹果基本已经不会升级 Objective-C 了，所以使用Objective-C的开发者是没法使用官方的协程能力的，而最新 Swift 的发布和推广也还须要时日，为了让广大iOS开发者能快速享受到协程带来的编程方式上的改变，手机淘宝架构团队基于长期对系统底层库和汇编的研究，经过汇编和C语言实现了支持 Objective-C 和 Swift 协程的完美解决方案 —— coobjc。

核心能力

• 提供了相似C#和Javascript语言中的Async/Await编程方式支持，在协程中经过调用await方法便可同步获得异步方法的执行结果，很是适合IO、网络等异步耗时调用的同步顺序执行改造。
• 提供了相似Kotlin中的Generator功能，用于懒计算生成序列化数据，很是适合多线程可中断的序列化数据生成和访问。
• 提供了Actor Model的实现，基于Actor Model，开发者能够开发出更加线程安全的模块，避免因为直接函数调用引起的各类多线程崩溃问题。
• 提供了元组的支持，经过元组Objective-C开发者能够享受到相似Python语言中多值返回的好处。

内置系统扩展库

• 提供了对NSArray、NSDictionary等容器库的协程化扩展，用于解决序列化和反序列化过程当中的异步调用问题。
• 提供了对NSData、NSString、UIImage等数据对象的协程化扩展，用于解决读写IO过程当中的异步调用问题。
• 提供了对NSURLConnection和NSURLSession的协程化扩展，用于解决网络异步请求过程当中的异步调用问题。
• 提供了对NSKeyedArchieve、NSJSONSerialization等解析库的扩展，用于解决解析过程当中的异步调用问题。

coobjc设计

最底层是协程内核，包含了栈切换的管理、协程调度器的实现、协程间通讯channel的实现等。

中间层是基于协程的操做符的包装，目前支持async/await、Generator、Actor等编程模型。

最上层是对系统库的协程化扩展，目前基本上覆盖了Foundation和UIKit的全部IO和耗时方法。

核心实现原理

协程的核心思想是控制调用栈的主动让出和恢复。通常的协程实现都会提供两个重要的操做：

• Yield：是让出cpu的意思，它会中断当前的执行，回到上一次Resume的地方。
• Resume：继续协程的运行。执行Resume后，回到上一次协程Yield的地方。

咱们基于线程的代码执行时候，是无法作出暂停操做的，咱们如今要作的事情就是要代码执行可以暂停，还可以再恢复。 基本上代码执行都是一种基于调用栈的模型，因此若是咱们能把当前调用栈上的状态都保存下来，而后再能从缓存中恢复，那咱们就可以实现yield和 resume。

实现这样操做有几种方法呢？

• 第一种：利用glibc 的 ucontext组件(云风的库)。
• 第二种：使用汇编代码来切换上下文(实现c协程)，原理同ucontext。
• 第三种：利用C语言语法switch-case的奇淫技巧来实现（Protothreads)。
• 第四种：利用了 C 语言的 setjmp 和 longjmp。
• 第五种：利用编译器支持语法糖。

上述第三种和第四种只是能过作到跳转，可是无法保存调用栈上的状态，看起来基本上不能算是实现了协程，只能算作作demo，第五种除非官方支持，不然自行改写编译器通用性不好。而第一种方案的 ucontext 在iOS上是废弃了的，不能使用。那么咱们使用的是第二种方案，本身用汇编模拟一下 ucontext。

模拟ucontext的核心是经过getContext和setContext实现保存和恢复调用栈。须要熟悉不一样CPU架构下的调用约定(Calling Convention). 汇编实现就是要针对不一样cpu实现一套，咱们目前实现了 armv七、arm6四、i38六、x86_64，支持iPhone真机和模拟器。

Show me the code

说了这么多，仍是看看代码吧，咱们从一个简单的网络请求加载图片功能来看看coobjc究竟是如何使用的。

下面是最普通的网络请求的写法：

下面是使用coobjc库协程化改造后的代码：

本来须要20行的代码，经过coobjc协程化改造后，减小了一半，整个代码逻辑和可读性都更加好，这就是coobjc强大的能力，能把本来很复杂的异步代码，经过协程化改造，转变成逻辑简洁的顺序调用。

coobjc还有不少其余强大的能力，本文对于coobjc的实际使用就不过多介绍了，感兴趣的朋友能够去官方github仓库自行下载查看。

性能提高

咱们在iPhone7 iOS11.4.1的设备上使用协程和传统多线程方式分别模拟高并发读取数据的场景，下面是两种方式获得的压测数据。

• 测试机器：iPhone7 iOS11.4.1
• 数据文件大小：20M
• 协程最多使用线程数：4
• 数据测试结果(统计的是全部并发访问结束的总耗时)：

从上面的表格咱们能够看到使用在并发量很小的场景，因为多线程能够彻底使用设备的计算核心，所以coobjc总耗时要比传统多线程略高，可是因为总体耗时都很小，所以差别并不明显，可是随着并发量的增大，coobjc的优点开始逐渐体现出来，当并发量超过1000之后，传统多线程开始出现线程分配异常，而致使不少并发任务并无执行，所以在上表中显示的是大于20秒，实际是任务已经没法正常执行了，可是coobjc仍然能够正常运行。

咱们在手机淘宝这种超级App中尝试了协程化改造，针对部分性能差的页面，咱们发如今滑动过程当中存在不少主线程IO调用、数据解析，致使帧率降低严重，经过引入coobjc，在不改变原有业务代码的基础上，经过全局hook部分IO、数据解析方法，便可让原来在主线程中同步执行的IO方法异步执行，而且不影响原有的业务逻辑，经过测试验证，这样的改造在低端机(iPhone6及如下的机器)上的帧率有20%左右的提高。

优点

简明

• 概念少：只有不多的几个操做符，相比响应式几十个操做符，简直不能再简单了。
• 原理简单：协程的实现原理很简单，整个协程库只有几千行代码。

易用

• 使用简单：它的使用方式比GCD还要简单，接口不多。
• 改造方便：现有代码只须要进行不多的改动就能够协程化，同时咱们针对系统库提供了大量协程化接口。

清晰

• 同步写异步逻辑：同步顺序方式写代码是人类最容易接受的方式，这能够极大的减小出错的几率。
• 可读性高：使用协程方式编写的代码比block嵌套写出来的代码可读性要高不少。

性能

• 调度性能更快：协程自己不须要进行内核级线程的切换，调度性能快，即便建立上万个协程也毫无压力。
• 减小卡顿卡死: 协程的使用以帮助开发减小锁、信号量的滥用，经过封装会引发阻塞的IO等协程接口，能够从根源上减小卡顿、卡死，提高应用总体的性能。

总结

程序是写来给人读的，只会偶尔让机器执行一下。——Abelson and Sussman

基于协程实现的编程范式可以帮助开发者编写出更加优美、健壮、可读性更强的代码。

协程能够帮助咱们在编写并发代码的过程当中减小线程和锁的使用，提高应用的性能和稳定性。

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本文做者：淘宝技术

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