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2.1 架构

c3n1g
更新 2026年4月6日

< 1 min read

核心组件

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       用户代码                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                     Runtime (运行时)                        │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────────────┐  │
│  │   Task      │  │   Group     │  │   Synchronization   │  │
│  │  Scheduler  │  │ (结构化并发)│  │    Primitives       │  │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────────────┘  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                  Coroutines (协程层)                        │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────────────┐  │
│  │   Context   │  │    Stack    │  │    StackPool        │  │
│  │  Switching  │  │  Management │  │    (栈池)           │  │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────────────┘  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                   Event Loop (事件循环)                     │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────────────┐  │
│  │   io_uring  │  │   epoll     │  │      kqueue         │  │
│  │   (Linux)   │  │   (Linux)   │  │  (macOS/BSD)        │  │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────────────┘  │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐                           │
│  │    IOCP     │  │    poll     │                           │
│  │  (Windows)  │  │  (fallback) │                           │
│  └─────────────┘  └─────────────┘                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                    OS Layer (操作系统层)                    │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────────────┐  │
│  │   Linux     │  │   Windows   │  │      macOS          │  │
│  │   (posix)   │  │  (win32)    │  │      (bsd)          │  │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2.1.1 组件说明 #

Runtime（运行时） #

运行时是用户代码的主要入口点，提供：

  • 任务调度：自动在协程之间切换
  • I/O 集成：将 I/O 操作与事件循环关联
  • 同步原语：协程感知的锁和通道

Coroutines（协程层） #

底层协程实现：

  • Context Switching：用户态上下文切换
  • Stack Management：可增长的协程栈
  • StackPool：栈复用以减少分配开销

Event Loop（事件循环） #

基于完成的事件循环：

  • Backend Abstraction：统一的异步 I/O 接口
  • Completion-based：操作完成后回调
  • ThreadPool：用于模拟异步文件 I/O

OS Layer（操作系统层） #

平台特定代码：

  • 系统调用封装
  • 平台特定的 I/O 操作
  • 线程和进程管理

2.1.2 设计原则 #

1. 用户态协程 #

无需编译器支持，在用户空间实现协程切换。优点：

  • 完全控制调度
  • 无隐藏的内存分配
  • 可预测的性能

2. 结构化并发 #

所有子任务必须在父任务范围内完成：

  • 防止任务泄漏
  • 简化错误处理
  • 明确的生命周期

3. 零成本抽象 #

与手写状态机相比，协程不会引入额外开销：

  • 内联优化
  • 无运行时类型信息
  • 编译时多态

4. 安全取消 #

所有操作都支持取消：

  • 传播取消信号
  • 清理资源
  • 防止孤立任务

2.1.3 数据流 #

用户调用 I/O 操作
        ↓
    挂起当前协程
        ↓
    提交到事件循环
        ↓
    调度其他协程
        ↓
    I/O 完成通知
        ↓
    恢复挂起的协程
        ↓
    返回结果给用户