【Lua学习笔记】Lua进阶——协程

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协程

协程是一种并发操作,相比于线程,线程在执行时往往是并行的,并且线程在创建销毁执行时极其消耗资源,并且过长的执行时间会造成主进程阻塞。而协程可以以并发时轮值时间片来执行,优点是不会阻塞,消耗资源少,可以手动控制。至于协程和线程的区别,什么是并发并行,请自行查阅或者学习操作系统理论知识。

协程的定义和调度

在Unity中,由于游戏是单线程的(这是为了其他线程不阻塞进程),因此我们常常需要使用协程。在Lua中也支持协程,例如下列代码:

Corou1 =coroutine.create(function ()
    print("我是协程1")
end)
print(Corou1)
Corou2 = coroutine.wrap(function ()
    print("我是协程2")
end)
print(Corou2)
coroutine.resume(Corou1) --开始或继续协程
Corou2()   	--运行函数
输出:
thread: 00CAEC00
function: 00CA0578
我是协程1
我是协程2

我们可以用两种不同的方法创建协程,不过返回值一个是协程(虽然thread是线程),一个是函数。所以对这两个协程的运行方式也不同。如何理解这两种方式?我想用C#的例子:

void StartCorou()  --function类型
{
    StartCoroutine(Coroutine());  --thread类型直接执行
}

IEnumerator Coroutine()
{
}

thread类型定义的就是协程本身,因此我们可以用lua提供的协程table中的方法来调用,而function类型更像是定义了一个启动函数,通过调用这个函数来执行。

在Lua中的协程有一个优点:我们可以手动执行

Corou1 =coroutine.create(function ()
    local i = 1
    while true do
        print(i)
        i = i + 1
        coroutine.yield(i)  --yield也可以返回
    end
end)

coroutine.resume(Corou1)
a,b = coroutine.resume(Corou1)
print(a,b)
coroutine.resume(Corou1)

输出:
1
2
true	3
3 

通过注释我们可以发现,resume第一个返回固定为成功判断,然后返回yield提供的变长参数
function coroutine.resume(co: thread, val1?: any, ...any)
  -> success: boolean
  2. ...any

可以看到,对于进入了yield的协程,需要我们手动执行resume才能继续执行。而非自动地轮换时间片。这样有利有弊,但我认为在调度上更加灵活了。

wrap

使用wrap的话:

function f1()
    local i = 1
    while true do
        print(i)
        i = i + 1
        coroutine.yield(i) 
    end
end
b = coroutine.wrap(f1)
print("返回值"..b())
print("返回值"..b())
print("返回值"..b())

输出:
1
返回值2
2
返回值3
3
返回值4

function coroutine.wrap(f: fun(...any):...unknown)
  -> fun(...any):...unknown

使用wrap则我们发现,wrap并不返回成功判断,而是直接返回yield给出的变长参数,这是由于其内定义的函数就只接收变长参数。

根据菜鸟教程的描述,使用wrap将创建一个协程包装器,并将协同程序函数转换为一个可直接调用的函数对象

-- 使用 coroutine.wrap 创建了一个协同程序包装器,将协同程序函数转换为一个可直接调用的函数对象
co = coroutine.wrap(
    function(i)
        print(i);
    end
)
 
co(1) --输出1

Status

Lua中的协程总共有四种状态:

function coroutine.status(co: thread)
  -> "dead"|"normal"|"running"|"suspended"
以字符串形式返回协程 co 的状态。

return #1:
    | "running"  正在运行。
    | "suspended"  挂起或是还没有开始运行。
    | "normal"  是活动的,但并不在运行。
    | "dead"  运行完主体函数或因错误停止。

让我们从下面的例子看看协程什么时候会进入这些状态:

C2 =  coroutine.create(function ()
    print("协程2执行")
    print("此时协程1:"..coroutine.status(Corou1))
    coroutine.yield()
end)
Corou1 =coroutine.create(function ()
    local i = 1
    while i<3 do
        print(i)
        i = i + 1
        if i==2 then
            coroutine.resume(C2)
        end
        print(coroutine.status(Corou1))
        coroutine.yield() 
    end
end)
print(coroutine.status(Corou1))
print("######")
coroutine.resume(Corou1)
print(coroutine.status(Corou1))
print("######")
coroutine.resume(Corou1)
print(coroutine.status(Corou1))
print("######")
coroutine.resume(Corou1)
print(coroutine.status(Corou1))
print("######")

输出:
suspended
######
1
协程2执行
此时协程1:normal
running
suspended
######
2
running
suspended
######
dead
######

从上述例子中看到,当协程未启动以及暂停中等待下一次resume时,其状态是suspended。而当协程正在执行时状态是running,当协程1执行切换到协程2时,协程1的状态是normal。最后当协程1退出时其状态是dead。


Running

running函数可以得到当前正在运行的协程(的地址)。

function coroutine.running()
  -> running: thread
  2. ismain: boolean
返回当前正在运行的协程加一个布尔量。 如果当前运行的协程是主线程,其为真。
(我试了一下没接收到这个bool,不知道什么情况)

用例:

Corou1 =coroutine.create(function ()
    local i = 1
    while i<3 do
        print(i)
        i = i + 1
        print("协程1状态:"..coroutine.status(Corou1))
        print(coroutine.running())
        coroutine.yield() 
    end
end)
coroutine.resume(Corou1)

输出:
1
协程1状态:running
thread: 00A7E1F8  <-- 协程1的地址

先抛出一个问题:如果在上述的同样代码中,执行协程2时print这个running函数,请问可以得到什么?考虑到协程1在协程2运行时是normal状态,当前运行(running)的协程应当是协程2

C2 =  coroutine.create(function ()
    print("协程2执行")
    print(coroutine.running())
    print("此时协程1:" .. coroutine.status(Corou1))
    print("协程2执行结束")
    coroutine.yield()
end)
Corou1 =coroutine.create(function ()
    local i = 1
    while i<3 do
        print(i)
        i = i + 1
        if i==2 then
            coroutine.resume(C2)
        end
        print("协程1状态:"..coroutine.status(Corou1))
        print(coroutine.running())
        coroutine.yield() 
    end
end)
coroutine.resume(Corou1)
coroutine.resume(Corou1)

输出:
1
协程2执行
thread: 00C4CFE8
此时协程1:normal
协程2执行结束
协程1状态:running
thread: 00C4D408
2
协程1状态:running
thread: 00C4D408

补充

在协程第一次被执行之后,当第二次执行该协程时不需要输入所需的参数,例如下面的例子

Corou1 =coroutine.create(function (a,b)
    coroutine.yield(a + b, a - b)
    return a*b,a/b
end)
r1, r2, r3 = coroutine.resume(Corou1,20,10)
print(r1, r2, r3)
r1, r2, r3 = coroutine.resume(Corou1)
print(r1, r2, r3)
r1, r2, r3 = coroutine.resume(Corou1,20,10)
print(r1, r2, r3)
输出:
true	30	10 --执行yield
true	200	2.0 --执行return
false	cannot resume dead coroutine	nil

此外从上例也可以看出,执行协程也可以以return作为函数最后的返回值。而且一个已经dead的协程是不会被resume执行的。如果还需要调用这个已经死掉的协程,请重新创建一个,否则报错。


协程与主程的数据交互——return…yield

综合以上知识,我们看看菜鸟教程里的这个例子:

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r = foo(a + 1)
    return "协程结束"
end)
       
print(coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print(coroutine.resume(co)) -- true, 协程结束

输出:
第一次协同程序执行输出	1	10
foo 函数输出	2
true	4
true	协程结束

在上例中,协程co的语句中并无yield返回,而是将其放在foo函数之中,让函数执行完毕时return yield。所以这个协程在r=foo(a+1)执行完毕后就suspend了。那么究竟执行顺序是如何呢?

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r = foo(a + 1)  --协程停止
    
    print("第二次协同程序执行输出", r)
    local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)  -- a,b的值为第一次调用协同程序时传入   --resume
    
    print("第三次协同程序执行输出", r, s)
    return b, "结束协同程序"                   -- b的值为第二次调用协同程序时传入
end)
       
print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print("--分割线----")
print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- cannot resume dead coroutine
print("---分割线---")
第一次协同程序执行输出	1	10
foo 函数输出	2
main	true	4
--分割线----
第二次协同程序执行输出	r
main	true	11	-9
---分割线---
第三次协同程序执行输出	x	y
main	true	10	结束协同程序
---分割线---
main	false	cannot resume dead coroutine
---分割线---

上面的例子更复杂了,而且出现了一个我没意料到的情况:

第二次协同程序执行输出	r

在第一次协程执行时,r应当等于4,而现在我们将输入的字符“r”赋值给了它,这就意味着第二次执行协程的时候,第一次的r很可能才被我们的入参"r"赋值,让我们验证一下:

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r = foo(a + 1)  --去掉local声明不影响结果,不是local的原因
     
    print("第二次协同程序执行输出", r)
end)
       
print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print("--分割线----")
print("main", coroutine.resume(co))
输出:
第一次协同程序执行输出	1	10
foo 函数输出	2
main	true	4
--分割线----
第二次协同程序执行输出	nil

在协程进入suspend之后,这回我们不传入参数,输出结果是nil而非4。
也就是说return coroutine.yield(2 * a)语句,并不会将yield内的内容返回给return,而且它们的执行顺序是先执行coroutine.yield后执行return。其流程是:coroutine.yield -> 等待resume->resume回传入参给yield ->return 执行,返回这个入参,传入多个参数验证:

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r,v = foo(a + 1)
    print("r",r,"v",v)
end)
       
print(coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print(coroutine.resume(co,5,20))
输出:
第一次协同程序执行输出	1	10
foo 函数输出	2
true	4
r	5	v	20
true

因此,这意味着协程中的接收return...yield的变量,在yield之后其返回值实际上是我们resume再回传回去的,而回传的参数将被return接收,所以return...yield都需要我们手动进行定义/传参,现在我能理解之前的例子了:

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r = foo(a + 1)  --协程停止

    print("第二次协同程序执行输出", r)  --r需要传参
    r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)  -- a,b的值为第一次调用协同程序时传入

    print("第三次协同程序执行输出", r, s)
    return b, "结束协同程序"                   -- b的值为第二次调用协同程序时传入
end)
       
print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print("--分割线----")
print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9,"r"传入resume后的第一个变量r
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end,"x","y"分别传入r,s
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- cannot resume dead coroutine
print("---分割线---")

输出:
第一次协同程序执行输出	1	10
foo 函数输出	2
main	true	4
--分割线----
第二次协同程序执行输出	r
main	true	11	-9
---分割线---
第三次协同程序执行输出	x	y
main	true	10	结束协同程序
---分割线---
main	false	cannot resume dead coroutine
---分割线---

所以对应的,resume的第一次传入参数是作为协程开启的函数入参,而之后的resume的传入参数将被yield接收。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-611379.html


到了这里,关于【Lua学习笔记】Lua进阶——协程的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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