Lua协同程序（线程）

1、 Lua 的协同程序（coroutine）简单介绍

Lua 的协同程序（coroutine）是一种轻量级的线程，允许你在多个任务之间进行协作式多任务处理。与操作系统线程不同，协同程序是由程序员显式控制的，不会自动切换，而是通过 yield 和 resume 来手动切换执行权。

协同程序的核心思想是协作式多任务，即一个任务主动让出执行权，另一个任务才能继续执行。这种机制非常适合需要分步执行的任务，例如状态机、迭代器、异步任务等。

1. 创建协同程序:

   • 使用 coroutine.create(f) 创建一个协同程序，其中 f 是一个函数。

   • 返回的是一个协同程序对象（类型为 thread）。如果看过我之前的文章，其实这个有点像pthread_create,即创建一个线程，但是两个是不一样的东西

2. 启动或恢复协同程序:

   • 使用 coroutine.resume(co, ...) 启动或恢复一个协同程序。

   • 可以传递参数给协同程序。

3. 让出执行权:

   • 在协同程序内部，使用 coroutine.yield(...) 让出执行权，并返回一些值给调用者。

4. 检查协同程序状态:

   • 使用 coroutine.status(co) 检查协同程序的状态：

     • "running"：正在运行。

     • "suspended"：暂停（等待恢复）。

     • "dead"：已经结束。

5. 获取当前运行的协同程序:

   • 使用 coroutine.running() 获取当前正在运行的协同程序。

2、lua的协同程序和pthread的区别

pthread_create 和 Lua 的协同程序（coroutine）是两种完全不同的并发机制，它们的实现方式、使用场景和行为都有显著区别。

1. pthread_create

pthread_create 是 POSIX 线程（pthread）库中的一个函数，用于创建操作系统级别的线程。

• 操作系统线程 :pthread_create 创建的是真正的操作系统线程，由操作系统调度。线程是抢占式的，操作系统会在任意时刻切换线程的执行。

• 并发性:多个线程可以并行运行（如果有多核 CPU）。线程之间是真正并发的。

• 资源开销:线程的创建和切换需要较大的资源开销（内存、上下文切换等）。线程数量受操作系统限制。

• 同步和通信 :线程之间需要通过锁（如 pthread_mutex）、条件变量（ pthread_cond）等机制进行同步和通信。容易出现竞态条件（race condition）和死锁（deadlock）。

• 使用场景:适合需要真正并行执行的场景，例如 CPU 密集型任务或需要利用多核性能的任务。

2. Lua 协同程序（coroutine）

Lua 的协同程序是一种用户态的轻量级线程：

• 用户态线程:

  • 协同程序是由 Lua 虚拟机管理的，不依赖操作系统线程。

  • 协同程序是协作式的，需要显式调用 yield 和 resume 来切换任务。

• 并发性:

  • 协同程序是单线程的，同一时刻只有一个协同程序在运行。

  • 无法利用多核 CPU 实现真正的并行。

• 资源开销:

  • 协同程序的创建和切换开销非常小，适合高并发场景。

  • 可以创建成千上万个协同程序。

• 同步和通信:

  • 协同程序之间不需要锁或条件变量，因为它们是协作式的。

  • 数据共享更简单，不容易出现竞态条件。

• 使用场景:

  • 适合 I/O 密集型任务、状态机、迭代器等需要分步执行的场景。

  • 不适合 CPU 密集型任务。

3、协同程序的相关函数解析

1. coroutine.create(f)

• 功能: 创建一个新的协同程序。

• 参数 :f: 一个函数，作为协同程序的主体。

• 返回值 :返回一个协同程序对象（类型为 thread）。

2. coroutine.resume(co, ...)

• 功能: 启动或恢复一个协同程序的执行。

• 参数 :co: 协同程序对象（由 coroutine.create 创建）。...: 可选参数，传递给协同程序的参数。

• 返回值 :第一个返回值是一个布尔值，表示协同程序是否成功执行。后续返回值是协同程序通过 coroutine.yield 或 return 返回的值。

3.coroutine.yield(...)

• 功能: 暂停当前协同程序的执行，并返回一些值给调用者。

• 参数 :...: 可选参数，作为 yield 的返回值。

• 返回值 :无返回值（因为 yield 会暂停执行）。

• 注意:只能在协同程序内部调用。

4.coroutine.status(co)

• 功能: 获取协同程序的当前状态。

• 参数 :co: 协同程序对象。

• 返回值:返回一个字符串，表示协同程序的状态：

  • "dead": 已经结束。

  • "suspended": 暂停（等待恢复）。

  • "running": 正在运行。

5.coroutine.running()

• 功能: 获取当前正在运行的协同程序。

• 参数:无。

• 返回值 :返回当前正在运行的协同程序对象。如果当前不在协同程序中，返回 nil。

6.coroutine.wrap(f)

• 功能: 创建一个新的协同程序，并返回一个函数，调用该函数会恢复协同程序的执行。

• 参数 :f: 一个函数，作为协同程序的主体。

• 返回值 :返回一个函数，调用该函数相当于调用 coroutine.resume。

• 注意:

  • 与 coroutine.create 不同，coroutine.wrap 返回的函数会直接返回 yield 的值，而不是布尔状态。

看下面这个代码,会输出什么，如果按照c语言当中的语法规则，这里可能会直接输出开始执行，然后停止，但是这是在lua语法规则当中，所以对于这里来说，会输出nil,nil，也就是两个空，那么为什么会这样呢，Lua 的模块是由变量、函数等已知元素组成的 table，因此创建一个模块很简单，就是创建一个 table，然后把需要导出的常量、函数放入其中，最后返回这个 table 就行。这里我们只是定义了一个函数，函数 foo 中的输出没有执行，是因为 Lua 的协同程序是惰性执行 的。也就是说，协同程序不会自动执行 ，必须通过 coroutine.resume 显式地启动或恢复它。：

function foo()
        print("开始执行")
        local value=coroutine.yield("暂停执行")
        print("协同恢复执行")
        print("结束执行")
end
--local co=coroutine.create(foo)

--local status,result=coroutine.resume(co)
print(result)

--status,result=coroutine.resume(co,42)
print(result)

如果将注释去掉，这样之后就能够执行代码了，这时候协同程序被创建

function foo()
        print("开始执行")
        local value=coroutine.yield("暂停执行")
        print("协同恢复执行,传入"..tostring(value))
        print("结束执行")
end
local co=coroutine.create(foo)

local status,result=coroutine.resume(co)
print(status,result)

status,result=coroutine.resume(co,42)
print(status,result)

local status, result = coroutine.resume(co)

print(status,result) -- 输出: true,暂停执行

-- 恢复协同程序，并传入一个值

status, result = coroutine.resume(co, 42)

这三行代码如何理解呢？看resume这个函数，这个函数被调用了两次，第一次用来启动协同程序，而且resume这个代码来说有两个返回值，第一个返回值给到status,如果执行成功，返回true,第二个返回值给到result,返回的是暂停执行。那么问题来了，为什么返回值是yield函数的参数呢,这是因为，协同程序是一个特殊的线程，也就是单线程，一次只能运行一个线程，不是并行执行，如果是操作系统里面的线程执行，会跳转到线程当中执行，并且当前代码也会继续执行，但是在lua当中，线程执行只能有一个，而这里会在foo函数当中继续执行，直到遇到暂停函数，这时候会暂停线程，回来执行下面的代码，也就是print函数，这时候打印出来的值就是yield函数的参数，第二次使用resume是用来恢复协同程序，因为上面的协同程序被暂停了，这时候会再次恢复协同程序，但是不会在刚才已经执行过的代码继续执行，而是执行已经执行过的下一行代码。那么如果这时候再有一个resume函数呢？看下面的代码：

function foo()
        print("开始执行")
        local value=coroutine.yield("暂停执行")
        print("协同恢复执行,传入"..tostring(value))
        print("结束执行")
end
local co=coroutine.create(foo)

local status,result=coroutine.resume(co)
print(status,result)

status,result=coroutine.resume(co,42)
print(status,result)
status,result=coroutine.resume(co,42)
print(result)

这段代码当中拥有三个resume函数，我们知道，第一和第二个是用来启动和恢复协同线程的，这时候第三个会受到影响吗？

直接看输出结果：

开始执行
true	暂停执行
协同恢复执行,传入42
结束执行
true	nil
cannot resume dead coroutine

这时候的输出结果出现了一句cannot resume dead corutine 也就是说，cannot resume dead coroutine 是 Lua 中的一个错误提示，表示你尝试恢复一个已经**死亡（dead）**的协同程序。协同程序一旦执行完毕（即函数返回或执行到末尾），就会进入 dead 状态，此时再调用 coroutine.resume 就会触发这个错误。这是一个错误提示。