Lua 协程应用

落单的毛毛虫 · · 3092 次点击 · · 开始浏览    
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即使我死了,埋在土地里,我也要用我腐烂的声带喊出:闲置CPU是可耻。——孔子

进程,线程?并行,并发?

由于单核CPU性能过剩,而如此高的性能却只能运行一个程序无疑是极大的浪费,因此多任务操作系统应运而生。

操作系统把每个任务映射为一个进程,通过CPU轮询让每个进程轮流运行,从而让人误以为所有进程都在同时运行,实际上再同一时刻只有一个进程运行,这叫并发。当CPU有多核或者多线程的时候,在同一时刻就会同时有多个进程运行,这叫并行

随着时代的进步,越来越多的业务逻辑需要高并发,需要高性能。因为创建进程,切换进程,进程间通讯,成本之高,使得多个进程协同运行并不能满足需求,于是多线程应运而生。通过在每个进程里创建多个线程,这些线程共享一个进程数据,这几乎弥补了多进程的所有缺点。当今主流操作系统都是多线程操作系统,例如:windows,linux,线程为操作系统最小调度单位,通过调度器,为每一个线程分配时间片。

随着硬件性能的提升,随着时间的考验,多进程的缺点变成了多线程的缺点:创建线程,切换线程,线程间通讯,成本之高。因为单核CPU性能已经足够,很多时候需要的是并发,而不是并行。而进程和线程都是由系统接管,并发还是并行都由系统说了算。因此人们渴望只并发的多线程,从而协程应运而生。

什么是协程?

设想一下:

多个线程处理各自的队列,当队列有任务时,线程依次执行,当队列为空时,线程休眠,如此循环。

如果线程数量上千甚至上万,这些线程同一时刻只有少部分队列有任务,那么操作系统会频繁的挂起线程,激活线程,并且所有线程都会占用系统资源,这会导致系统不堪重负,即使只有少数线程运行,也会让系统变得缓慢,甚至每个线程都需要锁,虽然有许多无锁算法,但这会让编程难度从普通上升到地狱,而操作线程,锁的时间也许远远大于线程执行任务的时间。

如果我们可以拥有自己的线程调度器,可以在应用层随意调度线程,避免线程进入内核状态,避免线程争夺资源,降低线程切换开销,可以在单核CPU高并发榨干性能,这样的多线程就是协程

如果用协程来完成上述任务,可以解决上述的所有缺点。
由于调度器太底层,几乎把整个语言固定了,因此只有那些为了高并发而生的语言,才会有调度器,例如:GoLang,ErLang等,这些语言适合编写高并发程序。对于那些不是为了高并发而生的语言,它们也需要协程,但是它们不需要调度器,它们只要手动调度,这就已经足够了。

用协程取代异步回调

Lua 有协程,没有调度器,即使这样,协程依旧是Lua最强特性没有之一,这一特性经常被生手忽略,因为他们根本想不到该怎样使用协程。

function f()
    f1()
    f2()
    f3()
end

上述代码逻辑很清晰,f()函数按顺序执行了f1()f2()f3()出于某些原因,也许动画延迟也许网络请求也许有意延迟f1()f2()不能马上得到结果,同时,也不能让线程卡在这等着。因此,这里就变成了异步需求,代码可能变成下面这样:

function f()
    f1(function() f2(f3) end)
end

以上逻辑看起来很依旧很清晰,f1()f2(),都接受一个函数作为异步回调,但是在f1()传参时,明显出现了不和谐代码,因为f3()要作为f2()的参数,需要用function() end产生一个闭包传递。但是,一旦需要执行更多的函数,代码将惨不忍睹:

function f()
    f1(function() f2(function() f3(function() f4(f5) end) end) end)
end

回到前一段代码:

function f()
    f1(function() f2(f3) end)
end

这段代码异步回调函数只有3个,看似逻辑清晰,实际上存在重大隐患,从f()函数体来看,只能看出f1()f2()分别接受一个函数作为参数,并不能明确f1()f2()f3() 是否按顺序调用(也许内部压根就没有碰这个参数), 因而使得f()逻辑很不清晰,甚至连内部执行顺序都不能保障。如果存在大量异步回调,逻辑混乱程度更是不敢想象,俗称:回调地狱

有没有可能让异步调用,也可以像同步调用那样写呢?用协程可以做到。

local function async(handler)
    local runn = coroutine.running()
    handler(function() 
        coroutine.resume(runn)
    end)
    coroutine.yield()
end

function f()
    local co = coroutine.create(function()
        async(f1)
        async(f2)
        async(f3)
        ...
        async(fN)
    end)
    coroutine.resume(co)
end

f()内部将f1()f2()...fN()按顺序异步调用,这段代码看起来是同步的,但它的的确确是异步的。协程的确可以优雅解决回调地狱问题,当然,这个写法并不固定,可根据具体需求进行编码。

上述代码原理是:
用协程去执行第一个异步函数,同时跳回主程序,因为协程跟主程序在同一线程,因此,在协程里调用跟在主程序调用是一样的,当异步调用完成再跳回协程,继续下一个异步调用,如此循环。

异步回调并非没有优势。比如:可以把简单问题搞得复杂,把复杂问题搞出很多问题,让开发者每天都过得充实。


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本文来自:简书

感谢作者:落单的毛毛虫

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1 回复  |  直到 2017-06-16 00:20:09
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