Lua实验室之Coroutine

作者: koo叔 分类: Lua 发布时间: 2018-05-02 23:43 编辑

前言

Lua做为一个小巧的可嵌入的语言,学习起来难度并不大,唯一一点需要花点时间掌握的就是Coroutine,本文就来说一下Coroutine相关的技术。

什么是Coroutine

协程从表面意思来看就是可以协同运行的函数,可以看成是一个用户态的线程,由客户自己调度,切换不需要陷入内核态,效率比较高。用户控制切换,自动保存上下文状态,切换之间可以通过参数通信,可用同步的方式实现异步。这是我理解中的协程最重要的几个特征。

并发编程的两种模型

  • 一种是所谓的抢占式,即目前大量使用的多线程编程,这种并发编程模型的问题是需要使用同步原语来保证操作的原子性
  • 一种是合作式(collaborative),控制权是通过yield这样的方式主动交出的,即协程。

Coroutine与线程

  • 协程是自己程序调度的,逻辑上是并行执行的,但底层并不是并行执行的。
  • 线程是操作系统调度的,逻辑上和底层上都是并行执行
    Coroutines 的典型应用场景(要解决的问题)涉及多线程和分布式
  • 协程只有在显示调用yield函数后才被挂起,同一时间只有一个协程运行。
  • coroutine也比线程轻量的多

Coroutine与子程序调用

  • 子程序的起始处是唯一的入口点,一旦return就完成了子程序的执行,子程序的一个实例只会运行一次。
  • 协程可以使用yield来切换到其他协程,然后再通过resume方法重入到上次调用yield的地方,并且把resume的参数当成返回值传给了要重入的协程。但是coroutine的状态都没有被改变,就像一个可以多次返回的子程序。

coroutine和callback的比较

  • 一般来说coroutine用在异步的场景比较好,异步执行一般需要维护一个状态机,状态的维护需要保存在全局里或者你传进来的参数来,因为每一个状态回调都会重新被调用。
  • 有了coroutine(stackfull)的话你可以不用担心这个问题,你可以像写同步的代码那样子,但其实底层还是异步的,只不过你在等待数据时执行的上下文会暂时被保存起来,等到数据来临再将上下文恢复继续执行。还有一种coroutine是stackless,它本质上也是状态机实现的,并不能在它上面让不同的状态共享局部变量,貌似boost.asio.coroutine就是这种。

coroutine实现

要在语言层面实现coroutine,需要内部有一个类似栈的数据结构,当该coroutine被挂起时要保存该coroutine的数据现场以便恢复执行。resume就相当于我们一般的函数调用,yield就相当于返回

coroutine应用

协程的精妙之处就在于协作这一概念,下面我们用生产者和消费者问题来演示一下协程的基本应用。注意:下面的伪码是用Lua的思想写的

var q = queue()
--生产者的伪码
loop
    while q is not full
        create product
        add the items to q
    resume to consumer

--消费者的伪码
loop
    while q is not empty
        consume product
        remove the items from q
    yield

Coroutine官方例子分析

function foo (a)
       print("foo", a)
       return coroutine.yield(2*a)
     end
     
     co = coroutine.create(function (a,b)
           print("co-body", a, b)
           local r = foo(a+1)
           print("co-body", r)
           local r, s = coroutine.yield(a+b, a-b)
           print("co-body", r, s)
           return b, "end"
     end)
     --第一次resume启动协程打印 co-body 1 10
     --调用foo(a+1),打印        foo     2
     --yield挂起协程返回4
     --resume调用结束,正常返回true和yield返回的值4
     --print 打印               main true 4
     print("main", coroutine.resume(co, 1, 10))
     --第二次resume恢复协程,从上次yield下一行继续执行打印,传入的参数为"r",结果为  co-body r
     --遇到yield返回 11 -9
     --resume调用结束,正常返回true
     --print 打印             main true 11 -9
     print("main", coroutine.resume(co, "r"))
     --第三次reume恢复协程,传入参数"x","y"
     -- 打印                  co-body x,y
     --正常返回 main true 10 end
     print("main", coroutine.resume(co, "x", "y"))
     --第四次resume,由于协程已经执行完毕,估返回一个-- 错误 main false cannot resume dead coroutine
     print("main", coroutine.resume(co, "x", "y"))

输出结果如下:

     co-body 1       10
     foo     2
     main    true    4
     co-body r
     main    true    11      -9
     co-body x       y
     main    true    10      end
     main    false   cannot resume dead coroutine

总结

关于协程初步介绍到这里,有其它问题欢迎探讨:-)

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