四Lua协同程序

Posted 2020-06-10

一、协同程序基础

  1.什么是协同程序

　　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（即可以保存变量的值和状态），同时又与其他协同程序共享全局变量和其他大部分东西。

　　与线程的区别是具有多个线程的程序可以同时运行几个线程，而程序任意时刻只能运行一个协同程序，并且协同程序只有被显示地（执行挂起函数）要求挂起才会暂停。

  2.四种状态

　　（1）挂起（suspended）：创建时或执行了操作coroutine.yield()

　　（2）运行（running）：执行了coroutine.resume()

　　（3）死亡（dead）：最后一次调用resume时，协同程序的内容已执行完毕，并且已经返回。resume状态为dead的协同程序将返回false及错误消息，不再执行主函数体。

　　（4）正常（normal）：当一个协同程序A唤醒另一个协同程序B时，A就处于一种特殊状态——既不是挂机状态（A不能继续执行），也不是运行状态（B在运行）。

  3.相关函数（都存放在全局table coroutine中）

　　（1）create(fun)：用于创建协同程序，只有一个参数,就是一个函数（一般为匿名函数），函数中的代码就是协同程序将要执行的内容。create返回值的类型为thread。创建后的协同程序处于挂起状态。

　　（2）resume(co,...)：启动或再次启动协同程序。参数列表中：co表示将要被启动的协同程序，后面为变长的可选参数。

　　（3）yield(...)：使正在运行的协同程序挂起，之后可以再恢复运行（调用resume）。只能被协同程序的主函数调用（即在协同程序执行的内容中调用）。参数列表为可选的变长参数。

　　（4）status(co)：检查协同程序的当前状态，返回值为四中状态中的一种。参数co为待检查的协同程序。

  4.有用机制：通过一对resume-yield交换数据

　　原理：

　　（1）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：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create ( function(a,b)  print("co:",a,b)  end )  --创建协同程序

　　　　　　　　　　coroutine.resume(co,10,20)  --> co:10  20  --启动协同程序，其中10，20就是额外参数，传递给了协同程序的主函数（匿名函数）

　　（2）resume的返回值中包含传递给yield的所有参数。如：

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

　　　　　　　　　　　　　　coroutine.yield(a+b,a-b)  --在协同程序的主函数中直接调用yield

　　　　　　　　　　　　　　i = i+1  --有语法错误

　　　　　　　　　　　　end )　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　第一次调用resume：print(coroutine.resume(co,20,10)) -->true  30  10   --第一个返回值为true表示协同程序执行完毕或执行到yield之前没有发生错误，后面的返回值就是传递给yield的参数。　  

　　　　　　　　　　第二次调用resume：print(coroutine.resume(co,20,10)) -->false,attempt to perform arithmetic on global ‘i‘ (a nil value) --resume 第一个返回值为true并不能说明协同程序没有错误。

　　（3）yield的返回值就是对应resume传入的额外参数。如：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create( function() print("co:",coroutine.yield()) end)

　　　　　　　　　　coroutine.resume(co) -->   --resume中没有额外参数，则yield不会返回值，协同程序挂起

　　（4）当协同程序结束时，它的主函数返回的值都将作为resume的返回值。如：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create( function() return 1,2 end )

　　　　　　　　　　print(coroutine.resume(co)) -->true 1  2 

二、协同程序的应用

  1.生产者-消费者

　　（1）生产者-消费者一般程序表示：

　　　　　　function producer() --生产者                                    function consumer() --消费者

　　　　　　　　while true do　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　while true do　　　

　　　　　　　　　　local x = io.read()　　　　　　　　　　　　　　　　　　local x = receive()

　　　　　　　　　　send(x)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　io.write(x,"\n")

　　　　　　　　end 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　end 

　　　　　　end 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　end 

　　　　　　问题关键：如何将send和receive匹配起来？

　　（2）生产者-消费者协同程序实现　　　

　　　　　　function send(x) --协同程序主函数中被调用，因而可以调用yield
　　　　　　　　coroutine.yield(x) --参数x将作为resume的返回值
　　　　　　end

　　　　　　producer = coroutine.create( function()  --在这里可以理解为生产者
　　　　　　　　　　　　while true do
　　　　　　　　　　　　　　local x = io.read() --输入，这里可理解为生产的东西
　　　　　　　　　　　　　　send(x)
　　　　　　　　　　　　end
　　　　　　　　　　end)

　　　　　　function receive()  --在这里可以理解为消费者
　　　　　　　　local status, value = coroutine.resume(producer) --启动协同程序
　　　　　　　　return value
　　　　　　end

　　　　　　程序通过调用消费者receive()来唤醒生产者（即协同程序），然后通过将“生产的”内容x作为参数传递给yield,最后作为resume的返回值，赋给value(即消费者得到生产者生产的东西)

　　　　　　实质上利用了一对resume-yield交换数据。