上周末開始看《Lua程序設(shè)計(jì)》第二版，目前體會到其中比較有趣的有兩點(diǎn)，一是強(qiáng)大的table數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，另外就是coroutine。也許Lua中的coroutine是一種很好的設(shè)計(jì)模式，但我初步的體會還是沒想到其他語言和場合能非常適合用到coroutine的場景。

一、簡介

協(xié)同程序與線程差不多，也就是一條執(zhí)行序列，擁有自己獨(dú)立的棧，局部變量和指令指針，同時(shí)又與其它協(xié)同程序共享全局變量和其它大部分東西。線程與協(xié)同程序的主要區(qū)別在于，一個(gè)具有多線程的程序可以同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)線程，而協(xié)同程序卻需要彼此協(xié)作地運(yùn)行。就是說，一個(gè)具有多個(gè)協(xié)同程序的程序在任何時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)協(xié)同程序，并且正在運(yùn)行的協(xié)同程序只會在其顯示地掛起時(shí)，它的執(zhí)行才會暫停。

如：

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

從主線程調(diào)用
coroutine.resume(co)
會依次打印1到10

二、原理探析

• coroutine創(chuàng)建的所謂的“線程”都不是真正的操作系統(tǒng)的線程，實(shí)際上是通過保存stack狀態(tài)來模擬的。
• 由于是假的線程，所以切換線程的開銷極小，同時(shí)創(chuàng)建線程也是輕量級的，new_thread只是在內(nèi)存新建了一個(gè)stack用于存放新coroutine的變量，也稱作lua_State

LUA_API lua_State *lua_newthread (lua_State *L)

• 調(diào)用yield()當(dāng)前線程交出控制權(quán)，同時(shí)還可以通過stack返回參數(shù)。調(diào)用resume的線程(可理解為主線程)獲得返回的參數(shù)。
• Lua yield()和Java中的Thread.yield()有點(diǎn)相似，但是區(qū)別更大。Java中的yield調(diào)用后只是將當(dāng)前CPU切換到另外一個(gè)線程，CPU可能隨時(shí)會繼續(xù)回到線程執(zhí)行。
• 我更傾向于把Lua中的yield()和resume()和Java中的wait()和notify()來對比。它們表現(xiàn)的行為基本一致。
• 關(guān)于stack實(shí)現(xiàn)也可參看Yufeng(Erlang高手)的分析文章 lua coroutine是如何實(shí)現(xiàn)的？

三、Why coroutine?

上面對coroutine有個(gè)基本的了解，因此大家都會象我一樣去想，為什么要用coroutine？先研究下優(yōu)點(diǎn)

• 每個(gè)coroutine有自己私有的stack及局部變量。
• 同一時(shí)間只有一個(gè)coroutine在執(zhí)行，無需對全局變量加鎖。
• 順序可控，完全由程序控制執(zhí)行的順序。而通常的多線程一旦啟動，它的運(yùn)行時(shí)序是沒法預(yù)測的，因此通常會給測試所有的情況帶來困難。所以能用coroutine解決的場合應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用coroutine。

再看缺點(diǎn)，研究coroutine缺點(diǎn)之前，我尋找了一下Lua中為什么實(shí)現(xiàn)coroutine的一些說明。在巴西人寫的paper Coroutines in Lua(pdf)中解釋了幾個(gè)原因：

• Lua是ANSI C實(shí)現(xiàn)的，ANSI C并不包含thread的實(shí)現(xiàn)，因此如果要在Lua增加thread的支持就要使用操作系統(tǒng)本地的實(shí)現(xiàn)，這樣會造成通用的問題。同時(shí)也會使Lua變得臃腫。因此Lua選擇了在ANSI C上實(shí)現(xiàn)的coroutine。
• Lua主要設(shè)計(jì)目的之一是給C調(diào)用，如果Lua內(nèi)部又有多線程實(shí)現(xiàn)的話會造成C調(diào)用狀態(tài)的混亂，而只提供coroutine層面的掛起則可以保持狀態(tài)的一致性。

以上這些理由都是基于Lua特殊的原因而使用的，并不是很通用的原因。我們也了解到，coroutine實(shí)際上是一種古老的設(shè)計(jì)模式，它在60年代就已經(jīng)定型，但是現(xiàn)代語言很少有重視這個(gè)特性，目前可以舉例的有Windows的fibers, Python的generators

四、Lua coroutine和Erlang

上面優(yōu)點(diǎn)有1條沒展開，就是每個(gè)coroutine有自己私有的stack及內(nèi)存變量空間。因此可以認(rèn)為coroutine和Erlang中的process是非常相似的。但是coroutine只能同時(shí)只有一個(gè)在執(zhí)行，如果能讓他多個(gè)同時(shí)跑，我覺得就和Erlang非常相似了。

《Lua程序設(shè)計(jì)》第二版30.2介紹的一種實(shí)現(xiàn)方法，讓多個(gè)c threads啟動，然后每個(gè)c thread啟動一個(gè)coroutine(類似Erlang process)，然后通過stack傳遞變量值(類似Erlang process message)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)類似Erlang的process模型了。由于coroutine實(shí)際上可以用任何語言實(shí)現(xiàn)，那其他語言應(yīng)該也可實(shí)現(xiàn)同樣這種設(shè)計(jì)方法。

五、Lua其他

Lua目前主要用在游戲編程領(lǐng)域，通常的觀點(diǎn)Lua是“膠水語言”。用來把各個(gè)模塊化的功能粘合起來。就我目前閱讀的一些代碼來看，C和Lua通常是混合在一起的，并沒有明確的邊界。對于我一個(gè)外行的眼光看來我分不清哪些是在做C的事情，哪些是在調(diào)用Lua。特別是這個(gè)“膠水”如果放得太多，系統(tǒng)中各個(gè)模塊的獨(dú)立性將會受到影響。比如云風(fēng)的這篇Lua 不是 C++也提到，“這屬于過厚的粘合層，是絕對需要拋棄的”。

另外Code@Pig一篇[網(wǎng)游設(shè)計(jì)] 一點(diǎn)感想也提到要簡化調(diào)用，我總結(jié)它的觀點(diǎn)主要兩點(diǎn)：

不要存在冗余的關(guān)系，給一個(gè)部分負(fù)責(zé)管理就好。(由Lua/python來管理)

粘合層(Lua/python接口)不要過胖，我們可以通過引入一個(gè)“間接層”來把粘合層做“薄”

雖然Lua的高效和精簡的設(shè)計(jì)讓人贊譽(yù)有加，但是它的性能排名并不高，和Python大致在同一個(gè)級別。另外“膠水語言”的定位也妨礙了它在更多領(lǐng)域的發(fā)展。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/timyang/307675

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Lua coroutine 不一样的多线程编程思路的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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