合宙Luat | 看《射雕英雄传》，聊聊LuaTask延时那些事

Posted 2021-05-21 合宙Luat

武侠小说中，主人公之所以能纵横江湖，常常离不开一样可遇不可求的绝世法宝——武功秘籍。如今勇于尝试的开发者，笃定地告诉后来者：选Luat二次开发，就如同拥有了物联网开发的武功秘籍。

本期让我们通过《射雕英雄传》的一些小场景，聊聊LuaTask延时那些事儿~

不了解Luat开发的朋友，可参考学习：

http://doc.openluat.com/article/1719/0

http://doc.openluat.com/wiki/3?wiki_page_id=606

1

什么是协程？

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首先我们来看下什么是协程：

提起协程的话，大多数时候都会跟多线程进行比较。两者之间是有些相似的地方，都是程序上下文切换执行，都有并发性，但更多的还是区别所在。

多线程——是发生在系统态的程序切换，可以模拟较为真实的并发性。因为本身执行顺序带有一定的随机性，不可预测，所以很容易因为竞争造成数据混乱。

协程——是发生在用户态上的程序切换，只是对多线程的一种模拟，并不能替代多线程。它把本该在一个地方实现的代码拆分到了不同任务，让逻辑表述看起来更加清晰。

在《射雕英雄传》第十五章神龙摆尾中，有关黄蓉与欧阳克的比试有这样一段描写：

黄蓉走进圈子，道：“咱们是文打还是武打？”

欧阳克心道：“偏你就有这许多古怪。”问道：“文打怎样？武打怎样？”

黄蓉道：“文打是我发三招，你不许还手；你还三招，我也不许还手。武打是乱打一气，你用死蛇拳也好，活耗子拳也好，都是谁先出圈子谁输。” 

这个比试所定的规则，跟我们说的协程和多线程的关系是比较像的：

协程就是文打，执行权在两人之间交替运行，同一时间只能有一人挥拳，A打完之后B才能打。

多线程就是武打，两个人可以同时挥拳，互不影响。

如果用程序表示协程的话，代码可能会像下面这样：

Luat协程使用示例

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▼上下滚动，查看全部▼

function A()
    for i=1, 5 do
        coroutine.resume(co)  
       print("A\t"..i)
    end 
end

function B()
    for i=1, 5 do
        coroutine.yield()    
       print("B\t"..i)   
 end
end

co = coroutine.create(B)
A()
--[[ 
    A 1
    B 1
    A 2
    B 2
    A 3
    B 3
    A 4
    B 4
    A 5
]]

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这是一种简单的使用场景，yield和resume只是负责切换控制，让控制权在两个任务之间来回切换，达到了使两个任务 “并行” 的目的。

2

协程的延时

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协程的概念说完了，但是...这跟延时有什么关系？ 

其实稍加思索的话，就会发现这个黄蓉与欧阳克约定的文打规则里有个BUG： 

黄蓉先打三拳，然后欧阳克还三招，但是如果黄蓉只打了两拳就停手了，欧阳克怎么办？ 

这就反映出协程中一个很现实的问题：

各个协程之间的延时是会相互影响的，你打了一拳去睡觉了，那我也必须跟着等，我回一拳之后也去睡觉了，你也必须跟着等。 

 如果反映到程序上，代码就是这样：

▼上下滚动，查看全部▼

function wait(ms)
   -- 阻塞延时, 仅仅只做说明, 并不实现
end

function A()
   for i=1, 5 do
       coroutine.resume(co)    
       print("A\t"..i)
       wait(1000)   
   end 
end

function B()
   for i=1, 5 do
       coroutine.yield()   
       print("B\t"..i)
       wait(1000)   
    end
end

co = coroutine.create(B)
A()

---

我们期望两个协程都能以1000ms的延时打印输出，但是这种阻塞延时其实是会在两个协程之间相互影响的：

A 在延时的过程中其实是会加长 B 的延时，最终两个协程都会以2000ms的延时打印输出。

这当然是一件很不合理的情况，我们希望代码中的程序段都应该保持一定的独立性，不能在修改一段代码之后莫名其妙的影响了另一段代码的执行情况。

3

概念的偏差

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人们常说，比喻都是跛脚的。

在学习一些概念的时候，我们常常会借助一些比喻描述，加深理解。但是例子并不能完全做到等同，仅仅只能帮助理解某一面特性而已。

如果完全类比，或者把这个例子当成是概念本身，那很多细节是经不起推敲的。

黄蓉与欧阳克约定文打之后，欧阳克为什么一定要遵守？黄蓉在打出一拳之后，欧阳克为什么不能动？他完全可以毁约啊。 

这就牵扯到协程和多线程的另一个重要概念了：执行权。

你可以把它想像成是一个令牌，只有拿到令牌的人才能指挥行动。

开始令牌在黄蓉手上，所以她可以行动，欧阳克手上没有令牌，所以只能站着挨打，黄蓉打完之后把令牌丢给了欧阳克，欧阳克才开始还手。

武打就是两人手上都有一个令牌，所以两个人才能乱打一气，同时挥拳。 

有了上面这些基础概念之后，我们可以开始尝试理解问题本身了。

4

真实的协程

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那么真实的协程到底是什么样子？

在单任务系统，依靠切换控制权来模拟多线程的话，那延时必定不可能是真正“延时”。

一个任务的阻塞延时肯定会干扰到其他任务的计时，为了解决这个问题，我们一般会引入一个第三者来进行时间管理，也就是“时钟调度器”。 

其实A、B两个任务在执行时，总共有四个角色存在：Core(底层)、以及Lua中的A任务B任务，还有run （一段控制执行权的代码）。

Core本身带一个系统时钟，用来记录当前时间，同时维护了一个表格，用来记录在什么时间，把控制权交给谁。

A、B在睡觉前都把自己的唤醒时间告诉Core，把自己的控制权交给run。run在获取到唤醒时间之后交给指定任务执行，指定任务执行完毕之后交还控制权。 

当然，这里其实还有另外一个疑问，为什么要有 run 这个角色的存在？ 

按照我们直观的理解，为了防止AB在睡觉时霸占控制权，仅仅只需要一个管理者就可以了。时间到达之后，管理者可以自行调用A 或B，它们在执行完毕之后交还控制权，这样看起来似乎更简单。 

这样做其实有两方面原因： 

一是因为除了时钟消息，Core还有其他消息需要传递给Lua，程序中不光是有 A 和 B 提交的时钟消息，所以需要有一个角色来处理这些其他信息。 

二是因为Core和 A、B 两个任务所属在不同层，Core在C 层，而任务A、B是在Lua层。为了简化两个层之间的交互，Core 把消息传递给Lua之后由Lua自行处理调度。所以是Core处理时钟调度信息，Lua负责调度。

5

完整演示

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最后，我们再看一遍整个过程的完整演示：

延时运行图示说明

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从上图可以看到，控制权首先是在 Core，Core 完成初始化工作之后把控制权交给任务A执行。

A任务在执行到延时 wait(100) 时会把当前延时时间加上系统时钟时间的数值，连同自身ID，添加进Core的时间链表。也就是告诉 Core，在130这个时间点，把控制权交给A任务。如下图所示：

然后到了任务B——任务B在执行到 wait(80) 时，也会向 Core 中添加消息， 在110这个时间点，把控制权交给B任务：

接着会按顺序执行到run，run把控制权交给 Core：

然后，Core会以1ms的间隔独自计时，每过1ms，Core都会检查链表第一项时间是否达到。当时钟计时达到时间，控制权会交还给run，并且告诉 run，B的计时时间到了。

之后run会把控制权交给B，B执行完返还控制权。当然 B 在执行过程中依然会向Core中添加消息。

点击放大查看：

接着就开始下一轮循环，如此往复…

点击放大查看：

通过上面的分析我们也不难发现，Lua层当中的所有代码几乎都是瞬时完成的，所有延时操作都是把控制权移交到了Core。

以上就是关于LuaTask延时的一些事，更多开发应用问题，欢迎加入技术群共同探讨交流。

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