lua编程之协程介绍

一，lua协程简介

协程（coroutine），意思就是协做的例程，最先由Melvin Conway在1963年提出并实现。跟主流程序语言中的线程不同，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做式多任务系统。线程因为缺少yield语义，因此运行过程当中不可避免须要调度，休眠挂起，上下文切换等系统开销，还须要当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，不须要同步机制，协程之间切换也只涉及到控制权的交换，相比较线程来讲是很是轻便的。不过同一时刻能够有多个线程运行，但却只能有一个协程运行。

协程具备两个很是重要的特性：

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后从中止点开始继续执行

通俗的说，比较像一个带有静态数据并且具备多个进入点和返回点的函数，下面经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*2
end
)
_, 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中除了通常函数具备的进入点（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，并经过yield的参数提供返回值，因而b=a+1，再次resume时，主程序经过参数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，调用者经过resume将控制流转到被调用者，被调用者经过yield只能返回到调用者，而不能返回到其余协程。好比A resume B resume C， C yield只能到B，而不能到A或其余协程。

世间万物都是对立又统一的，既然存在非对称协程，固然就存在对称协程。对称协程只有一个语义能够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同样的，lua中只实现了非对称协程，一个重要缘由是lua是c实现的，非对称协程的调用与被调用关系与c的函数调用很是相似，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 = 10
productor = 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后经过yield传回给consumer，而后挂起等待consumer下次resume，很是简单直观。

协程的另外一个重要做用是做为迭代器，依次访问数据结构的元素。下面代码展现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， 这里介绍了一个很是轻量级协程的实现原理，云风经过uconext实现了相似于lua的协程库，有兴趣的同窗能够研究研究。

 

reference：

《coroutines in C》