ZCO - 高性能协程库 v0.5.0

ZCO 是一个用 Zig 编写的高性能协程库，提供类似 Go 语言的协程功能，但在性能、控制和实时性方面具有显著优势。经过完整的性能测试验证，ZCO 在协程密集型应用中展现出卓越的性能和稳定性。

🆕 v0.5.0 更新内容

🌐 HTTP 框架与示例稳定性增强

默认启用 HTTP 流式解析器（Streaming Parser），在高并发和大报文下更稳健
调整示例服务器默认并发参数：worker_pool_size=512、channel_buffer=8192、max_connections=10000
提供 scripts/http_bench.sh 脚本：一键构建、启动、停止与 ab/wrk 压测

📈 基准结果（本地参考，400 并发）

ab -k: RPS≈10207，P99≈46ms，Failed=0
ab : RPS≈10144，P99≈47ms，Failed=0
wrk 30s: RPS≈9935，Avg≈39.8ms

详细输出见 benchmarks/results/，最新汇总见 benchmarks/results/benchmark_report_latest.md。

🔧 使用提示

压测前建议：ulimit -n 1048576，以及 sudo sysctl -w net.core.somaxconn=65535
启动示例 HTTP 服务器与压测：

./scripts/http_bench.sh start
./scripts/http_bench.sh ab   # 默认 ab -k -n 200000 -c 400
./scripts/http_bench.sh wrk  # 默认 wrk -t12 -c400 -d30s
./scripts/http_bench.sh stop

🆕 v0.4.2 更新内容

🌐 WebSocket 服务器模块

完整协议支持: 实现 RFC 6455 WebSocket 标准协议
核心功能: 握手、文本/二进制消息、ping/pong、分片消息、关闭握手
性能优化: 动态内存管理，支持大消息分片处理
协议合规: UTF-8 验证和完整的协议合规性检查
测试验证: 提供完整的 Node.js 测试套件，所有测试通过

🔧 WebSocket 特性

基于协程的异步 IO，支持高并发连接
自动处理 ping/pong 保活机制
支持分片消息的自动重组
完整的内存管理和错误处理

🆕 v0.4.1 更新内容

🚀 环形缓冲区+优先级位图调度器

O(1) 优先级查找: 使用32位位图实现常数时间查找最高优先级协程
多优先级支持: 支持0-31共32个优先级级别的独立队列
内存优化: 环形缓冲区避免频繁内存分配，提高性能
架构升级: 调度器架构的重大升级，提升调度效率

⚡ 性能优化

查找最高优先级: O(log n) → O(1)
入队/出队操作: O(1)
可配置缓冲区: 默认 2048 大小的环形缓冲区

📚 文档整理

完整的技术文档: docs/RING_BUFFER_PRIORITY_REPORT.md
优化的文档结构: 所有文档统一整理到 docs/ 目录

🔧 新 API

// 带优先级的协程创建
schedule.goWithPriority(highPriorityTask, .{}, 15);

// 队列统计
schedule.readyQueue.getHighestPriority();
schedule.readyQueue.getPriorityCount(10);

🆕 v0.4.0 更新内容

完整性能优化

内存池: 减少堆分配开销
协程池: 重用协程对象，降低创建/销毁成本
连接池: 复用TCP连接，提升网络性能
批量处理: 智能批量调度，提高吞吐量
SIMD优化: 向量化字符串比较，加速HTTP解析
分支预测: 优化关键路径的条件分支
内存对齐: 优化数据结构内存布局

性能提升

RPS提升: 46,500 → 55,000+ (提升 18%)
P99延迟: 显著降低，更稳定的响应时间
零失败率: 所有测试场景保持零失败

特性

🚀 高性能

低开销: 协程创建 ~1-2μs，上下文切换 ~100-200ns
小运行时: 最小化运行时，只包含必要的调度和上下文切换代码，~50KB
批量处理: 批量处理协程，提高调度效率
性能验证: 与 Go 性能对比测试显示接近的性能表现

⚡ 强制时间片抢占

防止饿死: 强制中断 CPU 密集型协程，确保公平调度
10ms 时间片: 平衡性能和公平性的时间片设置
信号处理器: 基于 Linux 信号的高效抢占机制

🎯 精确控制

栈大小控制: 精确控制每个协程的栈大小（64KB Debug / 16KB Release）
自定义调度: 完全控制调度策略，支持优先级调度
内存管理: 支持自定义内存分配器，避免 GC 暂停

🔧 系统编程友好

编译时错误检查: 使用 Zig 的错误处理机制，编译时检查
底层控制: 提供更底层的控制，适合系统编程和嵌入式开发
跨平台: 支持 Linux，可扩展到 Windows/macOS

🧪 完整测试验证

性能对比: 提供与 Go 的完整性能对比测试套件
压力测试: 支持高并发压力测试，验证稳定性
自动化测试: 一键运行快速测试和完整测试套件
详细报告: 生成详细的性能测试报告和分析

快速开始

安装依赖

确保系统已安装 Zig 0.14.0 和 libxev：

# Ubuntu/Debian
sudo apt install zig libxev-dev

# 或者从源码编译 libxev
git clone https://github.com/mitchellh/libxev.git
cd libxev && make && sudo make install

构建项目

# 克隆项目
git clone <repository-url>
cd zco

# 构建库和示例
zig build

# 构建并运行示例
zig build run

基本使用

const std = @import("std");
const zco = @import("zco");

pub fn main() !void {
    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();
    const allocator = gpa.allocator();

    // 创建调度器
    const schedule = try zco.Schedule.init(allocator);
    defer schedule.deinit();

    // 创建协程
    _ = try schedule.go(struct {
        fn run() !void {
            std.log.info("Hello from coroutine 1!", .{});
            try zco.Sleep(1000); // 休眠 1ms
            std.log.info("Coroutine 1 finished!", .{});
        }
    }.run, .{});

    _ = try schedule.go(struct {
        fn run() !void {
            std.log.info("Hello from coroutine 2!", .{});
            try zco.Sleep(1000); // 休眠 1ms
            std.log.info("Coroutine 2 finished!", .{});
        }
    }.run, .{});

    // 运行调度器
    try schedule.loop();
}

示例程序

1. 基础示例 (`src/main.zig`)

功能: 演示基本协程创建和调度
运行: zig build run
说明: 创建多个协程，展示时间片抢占调度效果

2. 网络服务器 (`nets/`)

功能: 基于 ZCO 的高性能 TCP 服务器基础模块
运行: cd nets && zig build run
说明: 提供 TCP 连接管理，展示 ZCO 在网络编程中的优势

3. HTTP 框架 (`http/`)

功能: 完整的 HTTP 框架，支持路由、中间件、JWT、文件上传等
运行: cd http && zig build run
说明: 提供完整的 Web 开发功能，包含路由系统、中间件链、JWT认证、静态文件服务、模板引擎等

4. WebSocket 服务器 (`websocket/`)

功能: 完整的 WebSocket 服务器实现
运行: cd websocket && zig build run
测试: cd websocket/test && npm install && node client_test.js
说明: 支持 RFC 6455 标准协议，包含完整的测试套件

5. 性能对比测试 (`benchmarks/`)

功能: ZCO 与 Go 的性能对比测试套件
运行: cd benchmarks && ./quick_test.sh
说明: 提供完整的性能测试和对比分析

6. WebRTC 模块 (`webrtc/`) 🚧 (开发中)

功能: 完整的 WebRTC 协议栈实现
状态: 阶段1已完成（UDP、SDP、信令服务器）
运行: cd webrtc && zig build run
说明: 支持音视频通话，从零实现所有协议

性能测试

协程性能测试

# 运行基础性能测试
zig build run

# 查看性能统计
# 输出包括：总切换次数、抢占次数、抢占率等

网络服务器压力测试

# 启动服务器
cd nets && zig build run -Doptimize=ReleaseFast &

# 运行压力测试
ab -n 100000 -c 1000 http://localhost:8080/

# 极限压力测试
ab -n 1000000 -c 5000 http://localhost:8080/

ZCO vs Go 性能对比测试

我们提供了完整的性能对比测试套件，对比 ZCO 和 Go 协程库的性能：

# 快速性能测试
cd benchmarks
./quick_test.sh

# 完整性能测试（多个测试用例）
./run_benchmark.sh

测试结果示例

完整性能测试结果（v0.3.1 with 协程池）:

测试用例	服务器	RPS	平均响应时间
1,000/10	ZCO	46,500	0.215 ms
1,000/10	Go	45,000	0.222 ms
10,000/100	ZCO	55,064	1.816 ms
10,000/100	Go	57,931	1.726 ms
50,000/500	ZCO	52,028	9.610 ms
50,000/500	Go	53,238	9.392 ms
100,000/1000	ZCO	49,044	20.390 ms
100,000/1000	Go	55,756	17.935 ms

性能分析:

性能大幅提升: 使用协程池后，ZCO 性能提升 87-112%，现在与 Go 性能非常接近
低并发优势: 在 1,000/10 场景下，ZCO RPS 超过 Go 3%
高并发稳定: ZCO 在高并发场景下性能稳定，仍然保持零失败率
协程池优势: 固定协程池避免了频繁创建/销毁协程的开销，显著提升性能
channel 缓冲: 带缓冲的 channel 平滑处理连接峰值，提升吞吐量
性能接近: ZCO 与 Go 的 RPS 差距缩小到 5-13%，在某些场景下甚至超越
零失败率: 所有测试场景下 ZCO 都保持零失败率，展现优秀的稳定性

详细性能测试

完整测试包括多个测试用例：

1,000 请求，10 并发
10,000 请求，100 并发
50,000 请求，500 并发（已验证）
100,000 请求，1,000 并发（极限测试）

测试结果将保存到 benchmarks/results/ 目录，包含详细的性能报告。

配置选项

时间片设置

可以通过修改 src/schedule.zig 中的 startTimer 函数来调整时间片长度：

1ms: 极高频抢占，适合测试极限性能
10ms: 高频抢占，适合实际应用（默认）
50ms: 中频抢占，平衡性能和公平性
1小时: 几乎无抢占，适合性能基准测试

栈大小配置

在 src/config.zig 中配置协程栈大小：

Debug 模式: 64KB（默认）
Release 模式: 16KB（默认）
自定义: 通过 root.DEFAULT_ZCO_STACK_SZIE 设置

架构设计

核心组件

Schedule: 协程调度器，管理协程生命周期和调度
Co: 协程对象，包含上下文、栈和状态信息
信号处理器: 实现时间片抢占的核心机制
事件循环: 基于 libxev 的异步 I/O 处理

调度机制

协作式调度: 协程主动让出 CPU（通过 Suspend() 或 Sleep()）
抢占式调度: 定时器信号强制中断长时间运行的协程
批量处理: 每次处理多个协程，提高调度效率

与 Go 的对比

特性	ZCO	Go
协程创建开销	~1-2μs	~2-5μs
上下文切换开销	~100-200ns	~500ns-1μs
运行时大小	~50KB	~2-5MB
栈大小控制	精确控制	动态增长
调度控制	完全可控	运行时决定
抢占机制	强制抢占	协作式
错误处理	编译时检查	运行时检查
内存管理	自定义分配器	GC 管理
性能测试	完整测试套件	内置基准测试
高并发稳定性	1000+ 并发无失败	优秀
系统编程	原生支持	需要 CGO

系统要求

操作系统: Linux (主要支持)
Zig 版本: 0.14.0+
依赖: libxev
架构: x86_64

开发状态

已完成功能

待改进功能

优先级感知抢占（已实现环形缓冲区+优先级位图调度器）
WebSocket 服务器支持（已实现）
HTTP 框架支持（已实现）
自适应时间片调整
跨平台支持（Windows/macOS）
更详细的性能监控
协程池管理（已实现）
WebSocket 客户端支持
更多网络协议支持（HTTP/2, gRPC 等）

WebRTC 实现路线图

ZCO 正在实现完整的 WebRTC 协议栈，支持音视频通话功能。这是一个长期项目，预计需要 20-30 周的开发时间。

阶段 1: 基础网络和信令层 ✅ (已完成)

UDP socket 支持扩展（基于 libxev 异步 IO）
SDP 协议解析器和生成器（RFC 4566）
WebSocket 信令服务器
房间管理和用户配对
offer/answer/ICE candidate 消息路由

阶段 2: ICE 和 NAT 穿透 🔄 (进行中)

阶段 3: DTLS 握手和安全

DTLS 记录层实现（RFC 6347）
DTLS 握手协议
证书处理（自签名证书生成/验证）
Cipher Suite 支持（AES-128-GCM）
DTLS-SRTP 密钥派生

阶段 4: SRTP 媒体加密

SRTP 上下文初始化
Master Key 和 Salt 派生
SRTP/SRTCP 包加密/解密
Replay Protection

阶段 5: RTP/RTCP 媒体传输

RTP 包解析和构建
SSRC 管理和序列号处理
RTCP 协议实现（SR/RR/SDES/BYE）
带宽和统计信息收集

阶段 6: SCTP 数据通道

SCTP 关联建立
SCTP 块格式处理
流控制和有序/无序传输
数据通道封装（RFC 8832）

阶段 7: 媒体处理

阶段 8: PeerConnection 整合

阶段 9: 测试和示例

单元测试（每个模块）
集成测试（端到端）
浏览器兼容性测试
音视频通话示例应用

技术要点

从零实现: 所有协议均从零实现，不依赖外部库
协程驱动: 充分利用 ZCO 协程实现异步处理
性能优化: 零拷贝技术、环形缓冲区、协程池
完整支持: 信令、P2P、DTLS、SRTP、数据通道、媒体流

项目结构

webrtc/
├── signaling/  # 信令层（SDP、WebSocket服务器）
├── ice/        # ICE 协议
├── dtls/       # DTLS 协议
├── srtp/       # SRTP 协议
├── rtp/        # RTP/RTCP 协议
├── sctp/       # SCTP 数据通道
├── media/      # 媒体处理
└── peer/       # PeerConnection

详细实现计划请查看 docs/WEBRTC_IMPLEMENTATION_PLAN.md

贡献指南

Fork 项目
创建功能分支 (git checkout -b feature/amazing-feature)
提交更改 (git commit -m 'Add some amazing feature')
推送到分支 (git push origin feature/amazing-feature)
打开 Pull Request

许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 查看 LICENSE 文件了解详情。

致谢

libxev - 高性能异步 I/O 库
Zig - 系统编程语言
Go 语言协程设计 - 提供了设计灵感

注意: 这是一个积极开发中的项目。核心功能已经稳定并通过了完整的性能测试验证，但 API 可能会在后续版本中发生变化。建议在充分测试后再用于生产环境。

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test_priority_scheduling.zig		test_priority_scheduling.zig
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