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PHP yield 分析,以及协程的实现(超详细版)

参考资料

PHP的 yield 关键字是php5.5版本推出的一个特性,算是比较古老的了,其他很多语言中也有类似的特性存在。但是在实际的项目中,目前用到还比较少。网上相关的文章最出名的就是鸟哥的那篇了,但是都不够细致理解起来较为困难,今天我来给大家超详细的介绍一下这个特性。

function gen(){
  while(true){
    yield "gen\n";
  }
}
$gen = gen();
var_dump($gen instanceof Iterator);
echo "hello, world!";
 

如果事先没了解过yield,可能会觉得这段代码一定会进入死循环。但是我们将这段代码直接运行会发现,输出hello, world!,预想的死循环没出现。

究竟是什么样的力量,征服了while(true)呢,接下来就带大家一起来领略一下yield关键字的魅力。

首先要从foreach说起,我们都知道对象,数组和对象可以被foreach语法遍历,数字和字符串缺不行。其实除了数组和对象之外PHP内部还提供了一个 Iterator 接口,实现了Iterator接口的对象,也是可以被foreach语句遍历,当然跟普通对象的遍历就很不一样了。

以下面的代码为例:

class Number implements Iterator{
  protected $key;
  protected $val;
  protected $count;
  public function __construct(int $count){
    $this->count = $count;
  }
  public function rewind(){
    $this->key = 0;
    $this->val = 0;
  }
  public function next(){
  $this->key += 1;
  $this->val += 2;
  }
  public function current(){
    return $this->val;
  }
  public function key(){
  return $this->key + 1;
  }
  public function valid(){
    return $this->key < $this->count;
  }
}
foreach (new Number(5) as $key => $value){
  echo "{$key} - {$value}\n";
}
 

这个例子将输出

1 – 0

2 – 2

3 – 4

4 – 6

5 – 8

关于上面的number对象,被遍历的过程。如果是初学者,可能会出现有点懵的情况。为了深入的了解Number对象被遍历的时候内部是怎么工作的,我将代码改了一下,将接口内的每个方法都尽心输出,借此来窥探一下遍历时对象内部方法的的执行情况。

  class Number implements Iterator{ 
 protected $i = 1;
 protected $key;
 protected $val;
 protected $count; 
 public function __construct(int $count){
 $this->count = $count;
 echo "第{$this->i}步:对象初始化.\n";
 $this->i++;
 }
 public function rewind(){
 $this->key = 0;
 $this->val = 0;
 echo "第{$this->i}步:rewind()被调用.\n";
 $this->i++;
 }
 public function next(){
 $this->key += 1;
 $this->val += 2;
 echo "第{$this->i}步:next()被调用.\n";
 $this->i++;
 }
 public function current(){
 echo "第{$this->i}步:current()被调用.\n";
 $this->i++;
 return $this->val;
 }
 public function key(){
 echo "第{$this->i}步:key()被调用.\n";
 $this->i++;
 return $this->key;
 }
 public function valid(){
 echo "第{$this->i}步:valid()被调用.\n";
 $this->i++;
 return $this->key < $this->count;
 }
 }
 $number = new Number(5);
 echo "start...\n";
 foreach ($number as $key => $value){
 echo "{$key} - {$value}\n";
 }
 echo "...end...\n";
 

以上代码输出如下

第1步:对象初始化.
start...
第2步:rewind()被调用.
第3步:valid()被调用.
第4步:current()被调用.
第5步:key()被调用.
0 - 0
第6步:next()被调用.
第7步:valid()被调用.
第8步:current()被调用.
第9步:key()被调用.
1 - 2
第10步:next()被调用.
第11步:valid()被调用.
第12步:current()被调用.
第13步:key()被调用.
2 - 4
第14步:next()被调用.
第15步:valid()被调用.
第16步:current()被调用.
第17步:key()被调用.
3 - 6
第18步:next()被调用.
第19步:valid()被调用.
第20步:current()被调用.
第21步:key()被调用.
4 - 8
第22步:next()被调用.
第23步:valid()被调用.
...end...
 

看到这里,我相信大家对Iterator接口已经有一定认识了。会发现当对象被foreach的时候,内部的valid,current,key方法会依次被调用,其返回值便是foreach语句的key和value。循环的终止条件则根据valid方法的返回而定。如果返回的是true则继续循环,如果是false则终止整个循环,结束遍历。当一次循环体结束之后,将调用next进行下一次的循环直到valid返回false。而rewind方法则是在整个循环开始前被调用,这样保证了我们多次遍历得到的结果都是一致的。

那么这个跟yield有什么关系呢,这便是我们接下来要说的重点了。首先给大家介绍一下我总结出来的 yield 的特性,包含以下几点。

1.yield只能用于函数内部,在非函数内部运用会抛出错误。

2.如果函数包含了yield关键字的,那么函数执行后的返回值永远都是一个Generator对象。

3.如果函数内部同事包含yield和return 该函数的返回值依然是Generator对象,但是在生成Generator对象时,return语句后的代码被忽略。

4.Generator类实现了Iterator接口。

5.可以通过返回的Generator对象内部的方法,获取到函数内部yield后面表达式的值。

6.可以通过Generator的send方法给yield 关键字赋一个值。

7.一旦返回的Generator对象被遍历完成,便不能调用他的rewind方法来重置

8.Generator对象不能被clone关键字克隆

首先看第1点,可以明白我们文章开头的gen函数执行后返回的是一个Generatory对象,所以代码可以继续执行下去输出hello, world!,因此$gen是一个Generator对象,由于其实现了Iterator,所以这个对象可以被foreach语句遍历。下面我们来看看对其进行遍历,会是什么样的效果。为了防止被死循环,我加多了一个break语句只进行十次循环,方便我们了解yield的一些特性。

代码如下:

 $i = 0;
 foreach ($gen as $key => $value) {
 echo "{$key} - {$value}";
 if(++$i >= 10){
 break;
 }
 }
 

以上代码输出为

0 – gen

1 – gen

2 – gen

3 – gen

4 – gen

5 – gen

6 – gen

7 – gen

8 – gen

9 – gen

通过观察不难发现其中的规律。在包含yield的函数返回的对象被foreach遍历时, 函数体内部的代码会被对应的执行。PHP 会分析其内部的代码从而生成对应的Iterator接口的方法。

其中key方法实现是返回的是yield出现的次序,从0开始递增。

current方法则是yield后面表达式的值。

而valid方法则在当前yield语句存在的时候返回true, 如果当前不在yield语句的时候返回false。

next方法则执行从当前到下一个yield、或者return、或者函数结束之间的代码。

网上也有文章让大家把yield理解为暂时停止函数的执行,等待外部的激活从而再次执行。虽然看起来确实像那么回事,但我不建议大家这么理解,因为他本身是返回一个迭代器对象,其返回值是可以被用于迭代的。我们理解了他被foreach迭代时,其内部是如运作的之后更易于理解yield关键字的本质。

下面我们再做一个简单的测试,以便更直观的展示他的特性。

 function gen1(){
 yield 1;
 echo "i\n";
 yield 2;
 yield 3+1;
 }
 $gen = gen1();
 foreach ($gen as $key => $value) {
 echo "{$key} - {$value}\n";
 }
 

以上的代码输出

0 – 1

i

1 – 2

2 – 4

我们来分析一下输出的结果,首先当遍历开始时rewind被执行由于第一个yield之前无任何语句,无任何输出。

key的值为yield出现的次序为0,current为yield表达式后的值也就是1。

foreach开始,valid因为当前为第一个yield,所以返回true。正常输出0 – 1

此时next方法被执行,跳转到了第二个yield,第一个到第二个之间的代码被执行输出了i。

再次进入循环 执行vaild,由于当前在第二个yield上面,所以依然是true

由于next执行了,所以key的值也有刚刚的0变为了1,current的值为2,正常输出 1 – 2。

这时候继续执行next(),进入循环vaild()执行,由于此时到了第三个yield返回依然是true。key的值为2, yield为4。正常输出 2 – 4

再次执行next(),由于后续没有yield了vaild()返回为false, 所以循环到此便终止了。

下面我们用代码来验证一下

 $gen = gen1();
 var_dump($gen->valid());
 echo $gen->key().' - '.$gen->current()."\n";
 $gen->next(); 
 var_dump($gen->valid());
 echo $gen->key().' - '.$gen->current()."\n";
 $gen->next(); 
 var_dump($gen->valid());
 echo $gen->key().' - '.$gen->current()."\n";
 $gen->next(); 
 var_dump($gen->valid());
 

输出值如下

bool(true)

0 – 1

i

bool(true)

1 – 2

bool(true)

2 – 4

bool(false)

跟我们的分析完全一致,至此我们了解了Iterator接口在遍历时内部的运作方式,也了解了包含yield关键字的函数所生成的对象内部是如何实现Iterator接口的方法的。对于yild的特性了解一半了,但是如果我们仅仅将其用于生成可以被遍历的对象的话,yield目前对我们来说,似乎无太大的用处。当然我们可以利用他来生成一些集合对象,节约一些内存知道数据真正被用到的时候在生成。例如:

我们可以写一个方法

 function gen2(){
 yield getUserData();
 yield getBannerList();
 yield getContext();
 }
 #中间其他操作
 #然后在view中获得数据
 $data = gen2();
 foreach ($data as $key => $value) {
 handleView($key, $value);
 }
 

通过以上的代码,我们将几个获取数据的操作都延迟到了数据被渲染的时候执行。节省了中间进行其他操作时获取回来的数据占用的内存空间。然而实际开放项目的过程中,这些数据往往被多处使用。而且这样的结构让我们单独控制数据变得艰难,以此带来的性能提升相对于便利性来说,好处微乎其微。不过还好的是,我们对yield的了解才刚刚到一半,已经有这样的功效了。相信我们在了解完另外一半之后,它的功效将大大提升。

接下来我们来继续了解yield, 由于yield返回的是一个Generator类的对象,这个对象除了实现了Iterator接口之外,内部还有一个相当重要的方法就是send方法,即我们提到的第6点特性,通过send方法我们可以给yield发送一个值作为yield语句的值。

首先大家考虑一下下面的代码

 function gen3(){
 echo "test\n";
 echo (yield 1)."I\n";
 echo (yield 2)."II\n";
 echo (yield 3 + 1)."III\n";
 }
 $gen = gen3();
 foreach ($gen as $key => $value) {
 echo "{$key} - {$value}\n";
 }
 

执行以后输出

test

0 – 1

I

1 – 2

II

2 – 4

III

可能这段输出比较难理解,我们接下来,一步一步分析一下为什么得出这样的输出。由于我们知道了foreach的时候gen内部是如何操作的,那么我们便用代码来实现一次。

 $gen = gen3();
 $gen->rewind();
 echo $gen->key().' - '.$gen->current()."\n"; 
 $gen->next(); 
 

执行后输出

0 – 1

I

通过这两句我们发现,当前的key为0,current则为1也就是yield后面表达式的值。因为yield 1被括号括起来了,所以yield后面表达式的值是1,如果没有括号则为1.”I\n”.当然因为1.”I\n”是一个错误语法。如果想要测试的朋友需要给1加上双引号。

当执行next时,第1个yield到第二个yieldz之间的的语法被执行。也就是echo (yield 1).”I\n”被执行了,由于我们使用的是next(),所以yield当前是无值的。所以输出了I。需要注意的是在第一个yield之后的语法将不会被执行,而 echo (yield 2). “II\n”;属于下一个yield块的语句,所以不会被执行。

到这里,是时候让我们今天最后的主角send方法来表现一下了。

public mixed Generator::send ( mixed $value )

这个是手册里send方法的描述,可以看出来他可以接受一个mixed类型的参数,也会返回一个mixed类型的值。

传入的参数会被做 yield 关键字在语句中的值,而他的返回值则是next之后,$gen->current()的值。

下面我们来尝试一下

 $gen = gen3(); 
 $gen->rewind();
 echo $gen->key().' - '.$gen->current()."\n"; 
 echo $gen->send("send value - "); 
 

执行后输出

0 – 1

send value – I

2

这时候我们发现,我们通过send方法成功的将一个值传递给了一个函数的内部,并且当做yield关键字的值给输出了,由于下一个yield的值为2,所以我们调用send返回的值为2,同样被输出。

虽然我们知道了send可以完成内部对函数内部的yield表达式传值,也知道了可以通过$gen->current()获得当前yield表达式之后的值,但是这个有什么用呢。可以看一下这个函数

 function gen4(){
 $id = 2;
 $id = yield $id;
 echo $id;
 }
 $gen = gen4();
 $gen->send($gen->current() + 3);
 

根据上面对yield代码的理解,我们不难发现这个函数会输出5,因为current()为2,而当我们send之后 yield的值为 2 + 3,也就是5.同时yield到函数结束之间的代码被执行。也就是$id = 5; echo $id;

通过这样一个简单的例子,我们发现。我们不但从函数内部获得了返回值,并且将他的返回值再次发送给了函数内部参与后续的计算。

关于yield的介绍就到此为止了,本文至此也告一段落。后续将会给大家带来,关于yield的下篇,实现一个调度器使得我们只需要将gen()函数返回的gen对象传递给调度器,其内部的代码就能自动的执行。并且让利用yield来实现并行(伪),以及在多个$gen对象执行之间建立联系和控制其执行顺序,请大家多多关注。另外由于本人才疏学浅,yield特性较多也较为繁琐。文章内容难免有出错或者不周全的地方,如果大家发现有错误的地方,也希望大家留言告知, 祝大家 五一愉快 ~

文章来源:智云一二三科技

文章标题:PHP yield 分析,以及协程的实现(超详细版)

文章地址:https://www.zhihuclub.com/150825.shtml

关于作者: 智云科技

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