Lua 中的协程分享

引言

Lua 里的协程是一种独特的编程概念，在其他编程语言中也有类似的实现，例如 Python 的 Gevent 就是一个基于协程（coroutine）的网络开发框架，据说其性能表现相当不错。

协程与多线程的区别

调度机制差异

一般多线程的调度由操作系统决定，具有抢占式的特点，即系统会根据自身的调度算法决定哪个线程获得执行权。而协程则不同，它是用户空间线程，操作系统对其存在一无所知，协程的调度需要用户自己来完成。协程中的每个执行单元会主动决定自己何时暂停执行，并将执行权交给下一个协程，这种方式非常适合用于实现协作式多任务。

多核利用情况

在多处理器环境下，多线程程序可以同时运行多个线程，充分利用多核处理器的并行计算能力。而协同程序是通过协作来完成任务的，在任一指定时刻只有一个协同程序在运行，并且这个正在运行的协同程序只有在必要时才会被挂起。因此，Lua 的协程在多核场景下无法像多线程那样直接利用多核技术。

Lua 协程的状态与创建

协程的状态

Lua 协程有三种状态：挂起态（suspended）、运行态（running）、停止态（dead）。我们可以使用 coroutine.status 函数来查看协程当前所处的状态。

协程的创建

创建一个协程需要调用 coroutine.create 函数，该函数只接收单个参数，这个参数是协程的主函数。coroutine.create 函数仅仅是创建一个新的协程，并返回一个类型为 thread 的对象，它并不会启动协程的运行。以下是一个简单的示例：

hxc = coroutine.create(function ()
print("hi coroutine")
end)
print(type(hxc)) -- 输出: thread
print(coroutine.status(hxc)) -- 输出: suspended

启动协程

要启动一个处于挂起状态的协程，需要使用 coroutine.resume 函数。该函数会使协程从挂起状态变为运行态，当协程执行完毕后，会进入停止态。调用 coroutine.resume 时，传入的第一个参数就是 coroutine.create 的返回值，后续传入的参数将被传递给协程的主函数。示例如下：

coroutine.resume(hxc) -- 输出: hi coroutine
print(coroutine.status(hxc)) -- 输出: dead

协程的挂起与继续执行

挂起协程

yield 函数是协程的一个特别之处，它可以将正在运行的协程代码挂起。当协程开始运行后，会一直执行，直到遇到 yield 调用或者协程自身终止。以下是一个包含 yield 的示例：

hxc = coroutine.create(function ()
for i = 1, 10 do
print("iter", i)
coroutine.yield()
end
end)

继续执行协程

执行上述协程时，程序将在第一个 yield 处被挂起：

coroutine.resume(hxc) -- 输出: iter 1
print(coroutine.status(hxc)) -- 输出: suspended

再次调用 coroutine.resume 可以激活被挂起的协程，协程将从 yield 的位置继续执行，直到再次遇到 yield 或者程序结束：

coroutine.resume(hxc) -- 输出: iter 2

协程的数据交换

Lua 中的协程可以通过 resume 和 yield 进行数据交换，具体方式如下：

通过 resume 传递参数给协程主程序

hxc = coroutine.create(function (a, b)
print("hxc", a, b)
end)
coroutine.resume(hxc, 1, 2) -- 输出: hxc 1 2

通过 yield 传递数据给 resume

coroutine.resume 函数的返回值中，第一个值为 true 表示调用成功，true 之后的部分即是 yield 的参数。示例如下：

hxc = coroutine.create(function (a, b)
coroutine.yield(a + b, a - b)
end)
print(coroutine.resume(hxc, 20, 10)) -- 输出: true 30 10

将 resume 的参数传递给 yield

hxc = coroutine.create (function ()
print("hxc", coroutine.yield())
end)
coroutine.resume(hxc)
coroutine.resume(hxc, 4, 5) -- 输出: hxc 4 5

协程的用途

协程的一个明显用途是在需要访问某个异步功能时。在 C 语言中，通常采用回调的方法来处理异步操作，即当异步操作完成时，调用脚本中的一个已知函数。而协程可以将异步过程当作同步处理，当程序执行到异步点时，协程会挂起，当异步操作完成后，协程会从挂起的位置继续执行。

综上所述，Lua 协程为开发者提供了一种灵活的方式来处理并发和异步任务，尤其在协作式多任务场景下具有独特的优势。