Lua 协程随笔

协同程序

coroutine  [,kəuru:'ti:n]

1、概念

     协同程序类似多线程情况下的线程，也就是一条执行序列，拥有自己独立的栈，局部变量和指令指针，同时又与其它协同程序共享全局变量和其它大部分东西。线程程与协同程序的主要区别在于，一个具有多线程的程序可以同时运行几个线程，而协同程序却需要彼此协作地运行。就是说，一个具有多个协同程序的程序在任何时刻只能运行一个协同程序，并且正在运行的协同程序只会在其显示地挂起时，它的执行才会暂停。

     lua虽然是单线程，串行执行的脚步语言，但利用协程还是可以实现一些异步处理的特性。协同程序可以简化看出是一个复杂的调用函数的方式（协程内部就是一个函数方法），它的核心是 yield 函数，yield函数可以将正在运行的代码（协同内部的函数）挂起，处理其他事务，处理完成再次唤醒该协程，

     Lua语言实现的协程是一种非对称式(asymmetric)协程，或称半对称式(semi-symmetric)协程，又或干脆就叫半协程(semi-coroutine)。这种协程机制之所以被称为非对称的，是因为它提供了两种传递程序控制权的操作：一种是(重)调用协程(通过coroutine.resume)；另一种是挂起协程并将程序控制权返回给协程的调用者(通过coroutine.yield)。一个非对称协程可以看做是从属于它的调用者的，二者的关系非常类似于例程(routine)与其调用者之间的关系。既然有非对称式协程，当然也就有对称式(symmetric)协程了，它的特点是只有一种传递程序控制权的操作，即将控制权直接传递给指定的协程。曾经有这么一种说法，对称式和非对称式协程机制的能力并不等价，但事实上很容易根据前者来实现后者。

2、特性

     优点

• 由于是假的线程，所以切换线程的开销极小，且不用线程调度所以可以更充分利用cpu。
• 每个coroutine有自己私有的stack及局部变量，相当于一个小的执行环境。
• 同一时间只有一个coroutine在执行，无需对全局变量加锁，但因为共享全局变量所以在被挂起期间是可能被其他协程修改。
• 顺序可控，完全由程序控制执行的顺序。而通常的多线程一旦启动，它的运行时序是没法预测的，因此通常会给测试所有的情况带来困难。

     缺点

          因为lua本质还是是单线程，所以一个协程阻塞会堵住所有的协程，也就是说协程内部如果也被阻塞的话就会导致整个应用阻塞（协同并非真正意义的多线程）。

3、使用

    coro = coroutine.create(function(...)
          -- do xxx
          print(coroutine.status(coro)); -- running
          print("run data" .. arg[1]);
          local status, result = coroutine.yield(os.time());
          print("status = " .. status);
            print("result = " .. result);
     end)
     print(type(coro));   -- thread
     -- 协程的三个状态  挂起（suspended） 运行（running） 停止（dead）
     print(coroutine.status(coro));   -- suspended
     local result, startTime = coroutine.resume(coro, 1);     -- startTime保存yield的第一个参数 'os.time()'
     print(result, startTime);
     print(coroutine.status(coro));   -- suspended
     local result = coroutine.resume(coro, 1, "success");

     

     在执行到yield之后，代码跳转到上一次resume代码的后一条代码执行

     再次调用resume，代码就跳转到上一次yield代码的后一条代码执行。

     一般来说，resume方法在主线程中调用；而yield则是在coroutine内调用,包括coroutine内部调用的函数内部.

     在coroutine中调用resume没有什么问题，但这样是没有什么意义的

     在main线程不能调用yield，会导致 “ lua: attempt to yield across metamethod/C-call boundary”的错误。

4、应用场景

      感觉最大的应用场景主要是可以替代回调机制，当需要异步执行等待返回结果的的时候，先启动一个协程，待发出请求后将协程挂起去处理其他事务。异步结果完成后再返回请求的结果到该协程， 唤醒该协程继续执行，看上去就像是"发送请求"，"请求返回"，"处理返回结果"，能在很大程度上提高代码可读性和减少代码量。

      另外一个应用是复杂的迭代器，比如二叉树的前序遍历：

function preOrder(node)
    if node then
    	preOrder(node.left);
	coroutine.yield(node.key, node.value);
	preOrder(node.right);  
    end
end
function createIter(node) do
    return coroutine.wrap( function()
		preOrder(node);
		return nil;
    end;
end
for k,v in createIter(tree) do
    print(k, v);
end