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lua编程之协程介绍

一,lua协程简介

协程(coroutine),意思就是协作的例程,最早由Melvin Conway在1963年提出并实现。跟主流程序语言中的线程不一样,线程属于侵入式组件,线程实现的系统称之为抢占式多任务系统,而协程实现的多任务系统成为协作式多任务系统。线程由于缺乏yield语义,所以运行过程中不可避免需要调度,休眠挂起,上下文切换等系统开销,还需要小心使用同步机制保证多线程正常运行。而协程的运行指令系列是固定的,不需要同步机制,协程之间切换也只涉及到控制权的交换,相比较线程来说是非常轻便的。不过同一时刻可以有多个线程运行,但却只能有一个协程运行。

协程具有两个非常重要的特性:

1. 私有数据在协程的间断式运行期间一直有效

2. 协程每次yield后让出控制权,下次被resume后从停止点开始继续执行

通俗的说,比较像一个带有静态数据而且具有多个进入点和返回点的函数,下面通过一个简单例子看看这个性质:

co = coroutine.create(function(a)  print("a = "..a)  c = coroutine.yield(a+1)  print("c = "..c)  return c*2end)_, b = coroutine.resume(co, 1)print("b = "..b)_, d = coroutine.resume(co, b )print("d = "..d)

运行结果:

a = 1

b = 2

c = 2

d = 4

协程co中除了一般函数具有的进入点(函数入口处)和返回点(函数结尾),在yield出还有一个进入点和返回点。主程序第一次resume时将1传给参数a,运行到yield时,协程返回控制权给主程序,并通过yield的参数提供返回值,于是b=a+1,再次resume时,主程序通过参数b将数据传给co的变量c,从而从第二个入口点进入函数,最后返回值c*2传给d。

resume/yield语义实现的协程属于非对称协程,在非对称协程中,调用者和被调用者的关系是固定的,调用者通过resume将控制流转到被调用者,被调用者通过yield只能返回到调用者,而不能返回到其他协程。比如A resume B resume C, C yield只能到B,而不能到A或其他协程。

世间万物都是对立又统一的,既然存在非对称协程,当然就存在对称协程。对称协程只有一个语义可以将控制流直接转到目的协程。

非对称协程和对称协程的表达能力是一样的,lua中只实现了非对称协程,一个重要原因是lua是c实现的,非对称协程的调用与被调用关系与c的函数调用非常类似,方便lua和c的扩展编程。

二,协程实战

下面例子利用协程实现经典的生产者-消费者模型。

count = 10productor = coroutine.create(   function ()     i = 0     while(true) do       i = i+1       coroutine.yield(i)     end   end ) consumer = coroutine.create( function(co)   n = 1   while(n<count) do   _, v = coroutine.resume(co)     print(v)     n = n+1   end end ) coroutine.resume(consumer, productor)

consumer启动productor,productor产生一个item后通过yield传回给consumer,然后挂起等待consumer下次resume,非常简单直观。

协程的另一个重要作用是作为迭代器,依次访问数据结构的元素。下面代码展示了先序访问二叉树的方法。

l = {   v = 1,   left = nil,   right = nil, } r = {   v = 2,   left = nil,   right = nil, } root = {   v = 3,   left = l,   right = r, } preorder = function(root)   if(root == nil) then return end   coroutine.yield(root.v)   preorder(root.left)   preorder(root.right) end preco = coroutine.create(preorder) view = function(co, root)   state, v = coroutine.resume(co, root)   if(state == false) then return end   print(v)   while(true)  do     state, v = coroutine.resume(co)     if(state == false or v == nil) then return end     print(v)   end end view(preco, root)

对于coroutine, 这里介绍了一个非常轻量级协程的实现原理,云风通过uconext实现了类似于lua的协程库,有兴趣的同学可以研究研究。

 

reference:

《coroutines in C》

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