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Lua协程coroutine

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　　线程和协同程序的主要不同在于：在多处理器情况下，多线程程序同时运行多个线程；而协同程序是通过协作来完成，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在必要时才会被挂起。这样Lua的协程就不能利用现在多核技术了。

（一）Coroutine 基础

　　Lua 协程有三个状态：挂起态（suspended）、运行态（running）、停止态（dead）。可以通过coroutine.status来查看协程出于神马状态。

Lua所支持的协程全称被称作协同式多线程（collaborative multithreading）。Lua为每个coroutine提供一个独立的运行线路。然而和多线程不同的地方就是，coroutine只有在显式调用yield函数后才被挂起，同一时间内只有一个协程正在运行。

Lua将它的协程函数都放进了coroutine这个表里，其中主要的函数如下

创建一个协程需要调用coroutine.create 。它只接收单个参数，这个参数是 coroutine 的主函数。 create 函数仅仅创建一个新的coroutine 然后返回一个类型为thread的对象，并不会启动 coroutine 的运行。
>hxc = coroutine.create(function () print("hi coroutine") end)
>print(type(hxc)) -->thread

>print(coroutine.status(hxc)) -->suspended
>coroutine.resume(co) --> hi coroutine ;函数coroutine.resume使协同程序由挂起状态变为运行态,执行完毕协程进入dead状态
>print(coroutine.status(hxc)) -->dead

调用 coroutine.resume 时，传入的第一个参数就是 coroutine.create 的返回值。这时，coroutine 从主函数的第一行开始运行。接下来传入 coroutine.resume 的参数将被传进 coroutine 的主函数。在 coroutine 开始运行后，运行到自身终止或是遇到一个 yield调用，这个yield函数是协程特别之处，它可以将正在运行的代码挂起。
hxc = coroutine.create(function ()
    for i=1,10 do
       print("iter", i)
       coroutine.yield()
    end
end)
执行这个协同程序，程序将在第一个yield处被挂起：
coroutine.resume(hxc) --> iter 1
print(coroutine.status(hxc)) --> suspended
执行
coroutine.resume(hxc) --> iter 2；resume激活被挂起的程序，将从函数yield的位置继续执行程序，直到再次遇到yield或程序结束。

Lua中协同可以通过resume-yield来交换数据。end)
coroutine.resume(hxc)
coroutine.resume(hxc, 4, 5) --> hxc 4 5

yield也会把多余的参数返回给对应的resume，如下：

co = coroutine.create(function()
　　　　print("co", coroutine.yield())
　　end)

coroutine.resume(co)
coroutine.resume(co , "oo" , "xx")

输出结果是：co oo xx () --[为何第一个resume没有任何输出呢？答案是，yield没有返回，print就根本还没运行。]

4）当一个coroutine结束的时候，main函数的所有返回值都被返回给resume：

co = coroutine.create(function()
　　　　return "ok", "no"
　　end)
print(coroutine.resume(co))

输出结果是：true ok no
　　协程的用途最明显的地方是需要访问某个异步的功能时，C语言常采用回调的方法：当异步完成时，回调脚本的一个已知的函数。如果程序执行到异步点时，跳回，当异步完成后，再回到跳回点继续执行。我的理解就是协程是把异步过程,当作同步处理（因此也可将一些耗时的操作放置在coroutine中进行，也不至于耽搁其他逻辑的运行）。

　　摘取一段云风的代码来详尽解释协程的工作机制，在这段代码中，展示了main thread和协程co之间的交互：

function foo(a) print("foo", a) -- a[1] = 3 return coroutine.yield(2 * a) end co = coroutine.create(function ( a, b ) print("co-body_01", a, b) local r = foo(a + 1) print("co-body_02", r) local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b) print("co-body_03", r, s) return b, "end" end) print("---main---", coroutine.resume(co, 1, 10)) print("---main---", coroutine.resume(co, "r7")) print("---main---", coroutine.resume(co, "x", "y")) print("---main---", coroutine.resume(co, "x", "y"))

运行结果如下：

co-body_01 1 10 foo 2 ---main--- true 4 co-body_02 r7 ---main--- true 11 -9 co-body_03 x y ---main--- true 10 end ---main--- false cannot resume dead coroutine

倘若将“-- a[1] = 3” 这一行注释打开，运行则是这样的：

co-body_01 1 10 foo 2 main false D:\UserProfiles\Jeff\Desktop\t_corotine.lua:13: attempt to index local 'a' (a number value) main false cannot resume dead coroutine main false cannot resume dead coroutine main false cannot resume dead coroutine [Finished in 0.1s]

corotine如此这般作用，也使得有些童鞋可以将该功用当作Xpcall抑或是pcall使用；将易出错的代码写在协程内，即便出错也不会是的程序崩溃；

（二）coroutine的和callback的比较

　　coroutine经常被用来和callback进行比较，因为通常来说，coroutine和callback可以实现相同的功能，即异步通信，比如说下面的这个例子：

bob.walkto(jane) bob.say("hello") jane.say("hello")

看起来好像是对的，但实际上由于这几个动作walkto，say都是需要一定时间才能做完的，所以这段程序如果这样写的话，就会导致bob一边走一边对jane说hello，然后在同时jane也对bob说hello，导致整个流程十分混乱。

如果使用回调来实现的话，代码示例如下：

bob.walto(function ( ) bob.say(function ( ) jane.say("hello") end,"hello") end, jane)

即walto函数回调say函数，say函数再回调下一个say函数，这样回调看起来十分混乱，让人无法一下看出这段代码的意义.

如果用coroutine的话，可以使用如下写法：

co = coroutine.create(function ( ) local current = coroutine.running bob.walto(function ( ) coroutine.resume(current) end, jane) coroutine.yield() bob.say(function ( ) coroutine.resume(current) end, "hello") coroutine.yield() jane.say("hello"） end) coroutine.resume(co)

在上述代码中，一旦一个异步函数被调用，协程就会使用coroutine.yield()方法将该协程暂时悬挂起来，在相应的回调函数中加上coroutine.resume(current),使其返回目前正在执行的协程中。

但是，上述代码中有许多重复的地方，所以可以通过将封装的方式将重复代码封装起来：

function runAsyncFunc( func, ... ) local current = coroutine.running func(function ( ) coroutine.resume(current) end, ...) coroutine.yield() end co = coroutine.create(function ( ) runAsyncFunc(bob.walkto, jane) runAsyncFunc(bob.say, "hello") jane.say("hello") end) coroutine.resume(co) coroutine.resume(co) coroutine.resume(co)

这样就不需要改变从前的所有回调函数，即可通过携程的方式解决异步调用的问题，使得代码的结构非常清晰。

（三）用coroutine实现迭代器

　　可以把迭代器循环看成是一个特殊的producer-consumer例子：迭代器produce，循环体consume。下面我们就看一下coroutine为我们提供的强大的功能，用coroutine来实现迭代器。

我们来遍历一个数组的全排列。先看一下普通的loop实现，代码如下：

function printResult(a) for i = 1, #a do io.write(a[i], ' ') end io.write('\n') end function permgen(a, n) n = n or #a if n <= 1 then printResult(a) else for i = 1, n do a[n], a[i] = a[i], a[n] permgen(a, n-1) a[n], a[i] = a[i], a[n] end end end permgen({1,2,3})

再看一下迭代器实现，注意比较下代码的改变的部分：

function printResult(a) for i = 1, #a do io.write(a[i], ' ') end io.write('\n') end function permgen(a, n) n = n or #a if n <= 1 then coroutine.yield(a) else for i = 1, n do a[n], a[i] = a[i], a[n] permgen(a, n-1) a[n], a[i] = a[i], a[n] end end end function permutations(a) local co = coroutine.create(function () permgen(a) end) return function () local code, res = coroutine.resume(co) return res end end for p in permutations({"a", "b", "c"}) do printResult(p) end

permutations 函数使用了一个Lua中的常规模式，将在函数中去resume一个对应的coroutine进行封装。Lua对这种模式提供了一个函数coroutine.wap 。跟create 一样，wrap 创建一个新的coroutine ，但是并不返回给coroutine，而是返回一个函数，调用这个函数，对应的coroutine就被唤醒去运行。跟原来的resume 不同的是，该函数不会返回errcode作为第一个返回值，一旦有error发生，就退出了（类似C语言的assert）。使用wrap， permutations可以如下实现：

function permutations (a) return coroutine.wrap(function () permgen(a) end) end

wrap 比create 跟简单，它实在的返回了我们最需要的东西：一个可以唤醒对应coroutine的函数。但是不够灵活。没有办法去检查wrap 创建的coroutine的status，也不能检查runtime-error（没有返回errcode，而是直接assert）。

参考文章： Here and Here