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Lua中的协同程序

时间:2016-03-29 16:12来源:电脑教程学习网 www.etwiki.cn 编辑:admin

协同程序与线程差不多,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。从概念上讲,线程与协同程序的主要区别在于,一个具有多个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的运行。就是说,一个具有多个协同程序的程序在任意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式地要求挂起时,它的执行才会暂停。

协同程序基础
Lua将所有关于协同程序的函数放置在一个名为“coroutine”的table中。函数create用于创建新的协同程序,它只有一个参数,就是一个函数。该函数的代码就是协同程序需要执行的内容。create会返回一个thread类型的值,用以表示新的协同程序,一般create的参数是一个匿名函数,例如以下代码:

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)
一个协同程序可以有四种不同的状态:挂起(suspended)、运行(running)、死亡(dead)和正常(normal)。当新创建一个协同程序时,它处于挂起状态,言外之意就是,协同程序不会在创建它时自动执行其内容,我们可以通过函数status来检查协同程序的状态。

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)print(coroutine.status(co)) -- suspended
函数coroutine.resume用于启动或再次启动一个协同程序的执行,并将其状态由挂起改为运行:

local co = coroutine.create(function () print("Hello WOrld") end)print(coroutine.status(co)) -- suspended
coroutine.resume(co) -- Hello World
上面的代码中,我调用了resume函数,将协同程序co由suspended改为running状态,当打印了Hello World之后,协同程序co就处于死亡状态。

到目前为止,协同程序就是一种函数调用。其实,协同程序的真正强大之处在于函数yield的使用上,该函数可以让一个运行中的协同程序挂起,而之后可以再恢复它的运行,例如以下代码:

local co = coroutine.create(function ()
for i = 1, 10 do
print("co", i)
coroutine.yield()
endend)-- 打印初始状态print(coroutine.status(co)) -- suspended

-- 唤醒协同程序co
coroutine.resume(co) -- 打印co 1-- 打印协同程序的状态print(coroutine.status(co)) -- suspended

-- 再次唤醒协同程序co
coroutine.resume(co) -- 打印co 2-- 打印协同程序的状态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)
当在协同程序的执行中发生任何错误,Lua是不会显示错误消息的,而是将执行权返回给resume调用。当coroutine.resume的第一个返回值为false时,就表明协同程序在运行过程中发生了错误;当值为true时,则表明协同程序运行正常。

当一个协同程序A唤醒另一个协同程序B时,协同程序A就处于一个特殊状态,既不是挂起状态(无法继续A的执行),也不是运行状态(是B在运行)。所以将这时的状态称为“正常”状态。

Lua的协同程序还具有一项有用的机制,就是可以通过一对resume-yield来交换数据。在第一次调用resume时,并没有对应的yield在等待它,因此所有传递给resume的额外参数都视为协同程序主函数的参数。如下述代码:

当协同程序中没有yield时,第一次调用resume,所有传递给resume的额外参数都将视为协同程序主函数的参数,如以下代码:

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

coroutine.resume(co, 1, 2, 3) -- co 1 2 3
当协同程序中存在yield时,一切就变的复杂了,先来分析一下这个流程:

调用resume,将协同程序唤醒;
协同程序运行;
运行到yield语句;
yield挂起协同程序,第一次resume返回;(注意:此处yield返回,参数是resume的参数)
第二次resume,再次唤醒协同程序;(注意:此处resume的参数中,除了第一个参数,剩下的参数将作为yield的参数)
yield返回;
协同程序继续运行;
此处从其它博客中借鉴的一部分代码,可以说明上面的调用流程:

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, 4print("------")print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9print("------")print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 endprint("------")print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- false cannot resume dead coroutine
print("------")
输出结果如下:

>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的配合强大之处在于,resume处于主程中,它将外部状态(数据)传入到协同程序内部;而yield则将内部的状态(数据)返回到主程中。

生产者-消费者问题
现在我就使用Lua的协同程序来完成生产者-消费者这一经典问题。生产者生产东西,消费者消费生产者生产的东西。

local newProductor

function productor()
local i = 0
while true do
i = i + 1
send(i) -- 将生产的物品发送给消费者
endendfunction consumer()
while true do
local i = receive() -- 从生产者那里得到物品
print(i)
endendfunction receive()
local status, value = coroutine.resume(newProductor)
return value
endfunction send(x)
coroutine.yield(x) -- x表示需要发送的值,值返回以后,就挂起该协同程序end-- 启动程序
newProductor = coroutine.create(productor)
consumer()

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