Luacoroutine不一樣的多線程編程思路是什么

這期內(nèi)容當中小編將會給大家?guī)碛嘘P(guān)Lua coroutine不一樣的多線程編程思路是什么，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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Lua中的coroutine是一種很好的設(shè)計模式，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，擁有自己獨立的棧，局部變量和指令指針，同時又與其它協(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，一個具有多線程的程序可以同時運行幾個線程，而協(xié)同程序卻需要彼此協(xié)作地運行。就是說，一個具有多個協(xié)同程序的程序在任何時刻只能運行一個協(xié)同程序，并且正在運行的協(xié)同程序只會在其顯示地掛起時，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，同時創(chuàng)建線程也是輕量級的，new_thread只是在內(nèi)存新建了一個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()當前線程交出控制權(quán)，同時還可以通過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()有點相似，但是區(qū)別更大。Java中的yield調(diào)用后只是將當前CPU切換到另外一個線程，CPU可能隨時會繼續(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實現(xiàn)也可參看Yufeng(Erlang高手)的分析文章 lua coroutine是如何實現(xiàn)的？

三、Why coroutine?

上面對coroutine有個基本的了解，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

每個coroutine有自己私有的stack及局部變量。
同一時間只有一個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，它的運行時序是沒法預(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)當優(yōu)先使用coroutine。

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

Lua是ANSI C實現(xiàn)的，ANSI C并不包含thread的實現(xiàn)，因此如果要在Lua增加thread的支持就要使用操作系統(tǒng)本地的實現(xiàn)，這樣會造成通用的問題。同時也會使Lua變得臃腫。因此Lua選擇了在ANSI C上實現(xiàn)的coroutine。
Lua主要設(shè)計目的之一是給C調(diào)用，如果Lua內(nèi)部又有多線程實現(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實際上是一種古老的設(shè)計模式，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)點有1條沒展開，就是每個coroutine有自己私有的stack及內(nèi)存變量空間。因此可以認為coroutine和Erlang中的process是非常相似的。但是coroutine只能同時只有一個在執(zhí)行，如果能讓他多個同時跑，我覺得就和Erlang非常相似了。

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

五、Lua其他

Lua目前主要用在游戲編程領(lǐng)域，通常的觀點Lua是“膠水語言”。用來把各個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“膠水”如果放得太多，系統(tǒng)中各個模塊的獨立性將會受到影響。比如云風的這篇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] 一點感想也提到要簡化調(diào)用，我總結(jié)它的觀點主要兩點：

不要存在冗余的關(guān)系，給一個部分負責管理就好。(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“間接層”來把粘合層做“薄”

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

上述就是小編為大家分享的Lua coroutine不一樣的多線程編程思路是什么了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關(guān)知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

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