Lua语言基础汇总(7) -- 协同程序
前言
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:
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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。
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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:
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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:
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local co = coroutine.create(function () for i = 1, 10 do print( "co" , i) coroutine.yield() end end) -- 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:
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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:
1. 调用resume,将协同程序唤醒;
2. 协同程序运行;
3. 运行到yield语句;
4. 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);
5. 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);
6. yield返回;
7. 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:
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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( "------" ) |
输出结果如下:
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>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。
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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 end end function consumer() while true do local i = receive() -- 从生产者那里得到物品 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() |