协同程序 Lua (coroutine)

Что такое координаты (coroutine)?

Lua координаты (coroutine) очень похожи на потоки: имеют независимый стек, независимые локальные переменные, независимый указатель команды, и в то же время совместно используют глобальные переменные и многое другое с другими координатами.

Координаты - это очень мощная функция, но также и сложная в использовании.

Различие между потоками и координатами

Основное различие между потоками и координатами заключается в том, что программа с несколькими потоками может одновременно запускать несколько потоков, в то время как координаты должны работать друг с другом.

В каждый момент времени выполняется только одна координата, и координата, выполняющаяся, приостанавливается только по требованию.

Координаты несколько напоминают синхронизированные многопоточность, несколько потоков, ожидающих одного и того же mutex, напоминают координаты.

Основная грамматика

ниже приведен пример использования вышеуказанных методов:

-- coroutine_test.lua файл
co = coroutine.create(
　　　　function(i)
　　　　　　　　print(i);
　　　　end
)
　
coroutine.resume(co, 1) -- 1
print(coroutine.status(co)) -- dead
　
print("----------")
　
co = coroutine.wrap(
　　　　function(i)
　　　　　　　　print(i);
　　　　end
)
　
co(1)
　
print("----------")
　
co2 = coroutine.create(
　　　　function()
　　　　　　　　for i = 1, 10 do
　　　　　　　　　　　　print(i)
　　　　　　　　　　　　if i == 3 then
　　　　　　　　　　　　　　　　print(coroutine.status(co2)) -- running
　　　　　　　　　　　　　　　　print(coroutine.running()) -- thread:XXXXXX
　　　　　　　　　　　　end
　　　　　　　　　　　　coroutine.yield()
　　　　　　　　end
　　　　end
)
　
coroutine.resume(co2) -- 1
coroutine.resume(co2) -- 2
coroutine.resume(co2) -- 3
　
print(coroutine.status(co2)) -- suspended
print(coroutine.running())
　
print("----------")

Результат выполнения примера выше:

1
dead
----------
1
----------
1
2
3
running
thread: 0x7fb801c05868　false
suspended
thread: 0x7fb801c04c88　true
----------

function running можно увидеть, что coroutine в底层 реализована как поток

при создании coroutine в новом потоке регистрируется событие

при использовании resume для инициирования события функция coroutine.create выполняется, при встрече с yield текущий поток приостанавливается, ожидая повторного инициирования события resume

далее мы анализируем более детальный пример:

function foo(a)
　　　　print("foo функция вывод", a)
　　　　return coroutine.yield(2 * a) -- возвращает значение 2*a
end
　
co = coroutine.create(function (a , b)}
　　　　print("Первый раз выполнение协同 program выводит", a, b) -- co-body 1 10
　　　　local r = foo(a + 1)
　　　　　
　　　　print("Второй раз выполнение协同 program выводит", r)
　　　　local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)　-- а, b являются значениями,传入 при первом вызове协同 program
　　　　　
　　　　print("Третий раз выполнение协同 program выводит", r, s)
　　　　return b, "окончить协同 program"　　　　　　　　　　　　　　　　　　　-- значение b является значением,传入 при втором вызове协同 program
end)
　　　　　　　　
print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print("--Разделительная линия----")
print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9
print("---Разделительная линия---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end
print("---Разделительная линия---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- cannot resume dead coroutine
print("---Разделительная линия---")

Результат выполнения примера выше:

Первый раз выполнение协同 program выводит　　　　1　　　　10
вывод функции foo　　　　2
main　　　　true　　　　4
--Разделительная линия----
Второй раз выполнение协同 program выводит　　　　r
main　　　　true　　　　11　　　　-9
---Разделительная линия---
Третий раз выполнение协同 program выводит　　　　x　　　　y
main　　　　true　　　　10　　　　окончить协同 program
---Разделительная линия---
main　　　　false　　　　cannot　resume　dead　coroutine
---Разделительная линия---

Пример продолжается следующим образом：

• Вызов resume, чтобы唤醒协同程序, операция resume успешна и возвращает true,否则 возвращает false；

• 协同程序运行；

• Доходят до строки yield；

• yield приостанавливает协同程序， первый resume возвращает；（ 注意：此处 yield 返回， параметр является параметром resume）

• Второй раз唤醒协同程序；（ 注意：此处 resume 参数中，除了第一个参数，其余参数将作为 yield 参数）

• return;

• Синхронизация продолжается;

• Если используемый协同program продолжает работать и вызывается resume метод после завершения, выводится: cannot resume dead coroutine

Сила сочетания resume и yield заключается в том, что resume находится в основном коде, он传入 внешние состояния (данные) в协同program; а yield возвращает внутренние состояния (данные) в основной код.

Проблема производителя-потребителя

Теперь я использую协同program Lua для решения классической проблемы производителя-потребителя.

local newProductor
function productor()
　　　　　local i = 0
　　　　　while true do
　　　　　　　　　　i = i + 1
　　　　　　　　　　send(i) -- Отправка производимого товара потребителю
　　　　　end
end
function consumer()
　　　　　while true do
　　　　　　　　　　local i = receive() -- Получение товара от производителя
　　　　　　　　　　print(i)
　　　　　end
end
function receive()
　　　　　local status, value = coroutine.resume(newProductor)
　　　　　return value
end
function send(x)
　　　　　coroutine.yield(x) -- x указывает на значение, которое нужно отправить. После отправки значения,协同程序 приостанавливается
end
-- Запуск программы
newProductor = coroutine.create(productor)
consumer()

Результат выполнения примера выше:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
……