Kilim实现浅析（一）

Kilim是一个Java的actor框架，让你可以在JVM里使用基于协程的actor模型，bluedavy曾经介绍过，这里不再赘言。这篇blog的目的在于分析下kilim实现的基本原理，看看怎么在JVM上实现协程。

在一些语言层面上支持协程的语言，如lua、ruby，都是直接在VM级别支持协程，VM帮你做context的保存和恢复。JVM没有提供这样的指令来保存和恢复方法栈的状态，因此kilim的实现还是需要在bytecode级别做文章。首先，试想下，如果是你来实现协程，你会怎么做？协程的两个基本原语resume和yield，resume运行协程，yield让出执行权，下次resume的时候会从yield的地方重新执行，并且context保持不变。可见，你需要做这么几个事情：
1、在yield的时候保存当前context。
2、在resume的时候恢复context，并根据pc计数来决定从哪里恢复执行。
3、半协程的实现来说，还需要一个调度器来调度所有协程。
4、为了做到用户代码透明，可能需要某种手段去修改用户代码，自动帮你做上面三个事情。

kilim的实现就是干了这么几个事情：
1、利用字节码增强，将普通的java代码转换为支持协程的代码。
2、在调用pausable方法的时候，如果pause了就保存当前方法栈的State，停止执行当前协程，将控制权交给调度器
3、调度器负责调度就绪的协程
4、协程resume的时候，自动恢复State，根据协程的pc计数跳转到上次执行的位置，继续执行。

下面是来自kilim文档的一个例子，同一段代码，在字节码增前前后的变化：

左边是原始代码，右边是通过字节码增强后的代码。其中h方法是pausable的，也就是说可能被暂停阻塞的，g方法因为调用了h这个方法也变成了pausable。

首先看，原始的h方法是没有传入任何参数的，增强后的代码，多了个参数Fiber，指向当前的协程，同样，g方法本来只有一个参数n，现在在后面也多了个Fiber类型的参数，同样是指向当前执行的协程。

其次，在原始的g方法里，一旦调用，马上进入一个for循环。但是在增强后的代码，多了个switch派发的过程，这就是前面提到的，根据当前的 Fiber的pc计数，跳转到上一次执行的地方执行。如果是第一次resume，也就是启动协程，那么就将初始循环的i设置为0，进入原始代码的循环部分。Fiber有一个pc计数，称为程序计数器，用于指向恢复context的时候需要跳转到位置。

第三，在g方法里调用h这个可被暂停阻塞的方法的时候，在h方法前后多了一些调用:

f.down();
h(f);
f.up();

kilim的Fiber将每个pauseable方法的调用组织成一个栈，每个pauseable方法都有一个activation frame，翻译过来可以称为活动栈帧，这个栈帧记录了当前的栈的State，注意这个栈跟java本身的方法调用栈区分开来，一个是VM层面的，一个是 kilim框架层面的。这里的down方法就是将栈向下延伸，表示将调用一个pauseable方法，并且设置当前State和pc计数。
调用了down之后，才是调用实际的h方法，最后还要调用一次up，顾名思义，就是说一次pauseable方法调用完成，fiber的活动栈要递增一层，回到上一层。但是h方法调用可能出现四种情况：
1、正常的顺利返回，没有状态需要恢复，所谓NOT_PAUSINGNO_STATE
2、也是正常返回，有状态需要恢复，也就是NOT_PAUSINGHAS_STATE
3、h方法暂停阻塞，当前没有保存状态，需要保存状态，这是第一次暂停的时候，称为PAUSINGNO_STATE
4、h方法暂停阻塞，当前已经有状态，不需要保存状态，这是第一次暂停之后的resume再次暂停,称为PAUSINGHAS_STATE，通常不需要处理什么。

第四，可以看到，在up之后，就要根据up返回的上述4种状态执行不同的逻辑：

if (f.isPausing){
//第一次暂停，没有状态
if (!f.hasState){
//new一个State_I2，并保存i和n
f.state = new State_I2(i,n);
//记录pc，还记的前面的switch吗？
f.pc = H1;
}
return;
} else if (f.hasState)
//正常返回，有状态需要恢复，恢复i和n
State_I2 st = (State_I2) f.state;
i = st.i1; n = st.i2;
}

这里没有处理NOT_PAUSINGNO_STATE和PAUSINGHAS_STATE，因为这两种情况在这里不需要处理。

通过上面的分析，我想大家对kilim的实现应该已经有一个很基本的认识。下一步，我们分析一个实际的代码例子，查看整个运作流程。