Lua中的協(xié)同程序詳解

更新時間：2014年09月28日 13:03:09 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Lua中的協(xié)同程序詳解,本文非常詳細的講解了Lua中的協(xié)同程序,同時講解了生產(chǎn)者-消費者問題,需要的朋友可以參考下

前言

協(xié)同程序與線程差不多，也就是一條執(zhí)行序列，擁有自己獨立的棧、局部變量和指令指針，同時又與其它協(xié)同程序共享全局變量和其它大部分東西。從概念上講，線程與協(xié)同程序的主要區(qū)別在于，一個具有多個線程的程序可以同時運行幾個線程，而協(xié)同程序卻需要彼此協(xié)作的運行。就是說，一個具有多個協(xié)同程序的程序在任意時刻只能運行一個協(xié)同程序，并且正在運行的協(xié)同程序只會在其顯式地要求掛起時，它的執(zhí)行才會暫停。

協(xié)同程序基礎

Lua將所有關于協(xié)同程序的函數(shù)放置在一個名為“coroutine”的table中。函數(shù)create用于創(chuàng)建新的協(xié)同程序，它只有一個參數(shù)，就是一個函數(shù)。該函數(shù)的代碼就是協(xié)同程序需要執(zhí)行的內(nèi)容。create會返回一個thread類型的值，用以表示新的協(xié)同程序，一般create的參數(shù)是一個匿名函數(shù)，例如以下代碼：

復制代碼代碼如下:

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)

一個協(xié)同程序可以有四種不同的狀態(tài)：掛起（suspended）、運行（running）、死亡（dead）和正常（normal）。當新創(chuàng)建一個協(xié)同程序時，它處于掛起狀態(tài)，言外之意就是，協(xié)同程序不會在創(chuàng)建它時自動執(zhí)行其內(nèi)容，我們可以通過函數(shù)status來檢查協(xié)同程序的狀態(tài)。

復制代碼代碼如下:

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)

print(coroutine.status(co))     -- suspended

函數(shù)coroutine.resume用于啟動或再次啟動一個協(xié)同程序的執(zhí)行，并將其狀態(tài)由掛起改為運行：

復制代碼代碼如下:

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)

print(coroutine.status(co))     -- suspended

coroutine.resume(co)          -- Hello World

上面的代碼中，我調(diào)用了resume函數(shù)，將協(xié)同程序co由suspended改為running狀態(tài)，當打印了Hello World之后，協(xié)同程序co就處于死亡狀態(tài)。

到目前為止，協(xié)同程序就是一種函數(shù)調(diào)用。其實，協(xié)同程序的真正強大之處在于函數(shù)yield的使用上，該函數(shù)可以讓一個運行中的協(xié)同程序掛起，而之后可以再恢復它的運行，例如以下代碼：

復制代碼代碼如下:

local co = coroutine.create(function ()

     for i = 1, 10 do

          print("co", i)

          coroutine.yield()

     end

end)

-- 打印初始狀態(tài)

print(coroutine.status(co))     -- suspended

-- 喚醒協(xié)同程序co

coroutine.resume(co)     -- 打印co 1

-- 打印協(xié)同程序的狀態(tài)

print(coroutine.status(co))     -- suspended

-- 再次喚醒協(xié)同程序co

coroutine.resume(co)     -- 打印co 2

-- 打印協(xié)同程序的狀態(tài)

print(coroutine.status(co))     -- suspended

coroutine.resume(co)     -- 打印co 3

coroutine.resume(co)     -- 打印co 4

coroutine.resume(co)     -- 打印co 5

coroutine.resume(co)     -- 打印co 6

coroutine.resume(co)     -- 打印co 7

coroutine.resume(co)     -- 打印co 8

coroutine.resume(co)     -- 打印co 9

coroutine.resume(co)     -- 打印co 10

coroutine.resume(co)     -- 什么都不打印

print(coroutine.status(co))     -- dead

coroutine.resume(co)

當在協(xié)同程序的執(zhí)行中發(fā)生任何錯誤，Lua是不會顯示錯誤消息的，而是將執(zhí)行權返回給resume調(diào)用。當coroutine.resume的第一個返回值為false時，就表明協(xié)同程序在運行過程中發(fā)生了錯誤；當值為true時，則表明協(xié)同程序運行正常。

當一個協(xié)同程序A喚醒另一個協(xié)同程序B時，協(xié)同程序A就處于一個特殊狀態(tài)，既不是掛起狀態(tài)（無法繼續(xù)A的執(zhí)行），也不是運行狀態(tài)（是B在運行）。所以將這時的狀態(tài)稱為“正?！睜顟B(tài)。

Lua的協(xié)同程序還具有一項有用的機制，就是可以通過一對resume-yield來交換數(shù)據(jù)。在第一次調(diào)用resume時，并沒有對應的yield在等待它，因此所有傳遞給resume的額外參數(shù)都視為協(xié)同程序主函數(shù)的參數(shù)。如下述代碼：

當協(xié)同程序中沒有yield時，第一次調(diào)用resume，所有傳遞給resume的額外參數(shù)都將視為協(xié)同程序主函數(shù)的參數(shù)，如以下代碼：

復制代碼代碼如下:

local co = coroutine.create(function (a, b, c)

     print("co", a, b, c)

end)

coroutine.resume(co, 1, 2, 3)     -- co 1 2 3

當協(xié)同程序中存在yield時，一切就變的復雜了，先來分析一下這個流程：

1.調(diào)用resume，將協(xié)同程序喚醒；
2.協(xié)同程序運行；
3.運行到y(tǒng)ield語句；
4.yield掛起協(xié)同程序，第一次resume返回；（注意：此處yield返回，參數(shù)是resume的參數(shù)）
5.第二次resume，再次喚醒協(xié)同程序；（注意：此處resume的參數(shù)中，除了第一個參數(shù)，剩下的參數(shù)將作為yield的參數(shù)）
6.yield返回；
7.協(xié)同程序繼續(xù)運行；

此處從其它博客中借鑒的一部分代碼，可以說明上面的調(diào)用流程：

復制代碼代碼如下:

function foo (a)

    print("foo", a)  -- foo 2

    return coroutine.yield(2 * a) -- return 2 * a

end

co = coroutine.create(function (a , b)

    print("co-body", a, b) -- co-body 1 10

    local r = foo(a + 1)

    print("co-body2", r)

    local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)

    print("co-body3", r, s)

    return b, "end"

end)

print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4

print("------")

print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9

print("------")

print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end

print("------")

print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- false cannot resume dead coroutine

print("------")

輸出結(jié)果如下：

復制代碼代碼如下:

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "test.lua"

co-body     1     10

foo     2

main     true     4

------

co-body2     r

main     true     11     -9

------

co-body3     x     y

main     true     10     end

------

main     false     cannot resume dead coroutine

------

>Exit code: 0

resume和yield的配合強大之處在于，resume處于主程中，它將外部狀態(tài)（數(shù)據(jù)）傳入到協(xié)同程序內(nèi)部；而yield則將內(nèi)部的狀態(tài)（數(shù)據(jù)）返回到主程中。

生產(chǎn)者-消費者問題

現(xiàn)在我就使用Lua的協(xié)同程序來完成生產(chǎn)者-消費者這一經(jīng)典問題。生產(chǎn)者生產(chǎn)東西，消費者消費生產(chǎn)者生產(chǎn)的東西。

復制代碼代碼如下:

local newProductor

function productor()

     local i = 0

     while true do

          i = i + 1

          send(i)     -- 將生產(chǎn)的物品發(fā)送給消費者

     end

end

function consumer()

     while true do

          local i = receive()     -- 從生產(chǎn)者那里得到物品

          print(i)

     end

end

function receive()

     local status, value = coroutine.resume(newProductor)

     return value

end

function send(x)

     coroutine.yield(x)     -- x表示需要發(fā)送的值，值返回以后，就掛起該協(xié)同程序

end

-- 啟動程序

newProductor = coroutine.create(productor)

consumer()