协程是个很好的东西,它能做的事情与线程相似,区别在于:协程是使用者可控的,有API给使用者来暂停和继续执行,而线程由操作系统内核控制;另 外,协程也更加轻量级。这样,在遇到某些可能阻塞的操作时,可以使用暂停协程让出CPU;而当条件满足时,可以继续执行这个协程。目前在网络服务器领域, 使用Lua协程最好的范例就是ngx_lua了,我自己的项目qnode也是借助Lua协程的概念:每一个qnode中的微进程底层对应一个Lua协程, 这样底层的异步操作可以在使用者使用同步的方式写出来。Coool。
来看看Lua协程内部是如何实现的。
本质上,每个Lua协程其实也是对应一个LuaState指针,所以其实它内部也是一个完整的Lua虚拟机—有完整的Lua堆栈结构,函数调用栈等 等等等,绝大部分之前对Lua虚拟机的分析都可以直接套用到Lua协程中。于是,由Lua虚拟机管理着这些隶属于它的协程,当需要暂停当前运行协程的时 候,就保存它的运行环境,切换到别的协程继续执行。很简单的实现。
来看看相关的API。
1) lua_newthread
创建一个Lua协程,最终会调用的API是luaE_newthread,Lua协程在Lua中也是一个独立的Lua类型数据,它的类型是
LUA_TTHREAD,创建完毕之后会照例初始化Lua的栈等结构,有一点需要注意的是,调用preinit_state初始化Lua协程的时候,传入
的global表指针是来自于Lua虚拟机,换句话说,任何在Lua协程修改的全局变量,也会影响到其他的Lua协程包括Lua虚拟机本身。
2)加载一个Lua文件并且执行
对于一般的Lua虚拟机,大可以直接调用luaL_dofile即可,它其实是一个宏:
#define luaL_dofile(L, fn) (luaL_loadfile(L, fn) || lua_pcall(L, 0, LUA_MULTRET, 0))
展开来也就是当调用luaL_loadfile函数完成对该Lua文件的解析,并且没有错误时,调用lua_pcall函数执行这个Lua脚本。
但是对于Lua协程而言,却不能这么做,需要调用luaL_loadfile然后再调用lua_resume函数。所以两者的区别在于 lua_pcall函数和lua_resume函数。来看看lua_resume函数的实现。这个函数做的几件事情:首先查看当前Lua协程的状态对不 对,然后修改计数器:
L->baseCcalls = ++L->nCcalls;
其次调用status = luaD_rawrunprotected(L, resume, L->top – nargs);,可以看到这个保护Lua函数堆栈的调用luaD_rawrunprotected最终调用了函数resume:
static void resume (lua_State *L, void *ud) { StkId firstArg = cast(StkId, ud); CallInfo *ci = L->ci; if (L->status == 0) { /* start coroutine? */ lua_assert(ci == L->base_ci && firstArg > L->base); if (luaD_precall(L, firstArg - 1, LUA_MULTRET) != PCRLUA) return; } else { /* resuming from previous yield */ lua_assert(L->status == LUA_YIELD); L->status = 0; if (!f_isLua(ci)) { /* `common‘ yield? */ /* finish interrupted execution of `OP_CALL‘ */ lua_assert(GET_OPCODE(*((ci-1)->savedpc - 1)) == OP_CALL || GET_OPCODE(*((ci-1)->savedpc - 1)) == OP_TAILCALL); if (luaD_poscall(L, firstArg)) /* complete it... */ L->top = L->ci->top; /* and correct top if not multiple results */ } else /* yielded inside a hook: just continue its execution */ L->base = L->ci->base; } luaV_execute(L, cast_int(L->ci - L->base_ci)); }
这个函数将执行Lua代码的流程划分成了几个阶段,如果调用
luaD_precall(L, firstArg - 1, LUA_MULTRET) != PCRLUA
那么说明这次调用返回的结果小于0,可以跟进luaD_precall函数看看什么情况下会出现这样的情况:
n = (*curr_func(L)->c.f)(L); /* do the actual call */ lua_lock(L); if (n < 0) /* yielding? */ return PCRYIELD; else { luaD_poscall(L, L->top - n); return PCRC; }
继续回到resume函数中,如果之前该Lua协程的状态是YIELD,那么说明之前被中断了,则调用luaD_poscall完成这个函数的调用。
然后紧跟着调用luaV_execute继续Lua虚拟机的继续执行。
可以看到,resume函数做的事情其实有那么几件:
1)如果调用C函数时被YIELD了,则直接返回
2)如果之前被YIELD了,则调用luaD_poscall完成这个函数的执行,接着调用luaV_execute继续Lua虚拟机的执行。
因此,这个函数对于函数执行中可能出现的YIELD,有充分的准备和判断,因此它不像一般的pcall那样,一股脑的往下执行,而是会在出现YIELD的时候保存现场返回,在继续执行的时候恢复现场。
3)同时,由于resume函数是由luaD_rawrunprotected进行保护调用的,即使执行出错,也不会造成整个程序的退出。
这就是Lua协程中,比一般的Lua操作过程做的更多的地方。
最后给出一个Lua协程的例子:
co.lua
print("before") test("123") print("after resume")
co.c
#include #include "lua.h" #include "lualib.h" #include "lauxlib.h" static int panic(lua_State *state) { printf("PANIC: unprotected error in call to Lua API (%s)\n", lua_tostring(state, -1)); return 0; } static int test(lua_State *state) { printf("in test\n"); printf("yielding\n"); return lua_yield(state, 0); } int main(int argc, char *argv[]) { char *name = NULL; name = "co.lua"; lua_State* L1 = NULL; L1 = lua_open(); lua_atpanic(L1, panic); luaL_openlibs( L1 ); lua_register(L1, "test", test); lua_State* L = lua_newthread(L1); luaL_loadfile(L, name); lua_resume(L, 0); printf("sleeping\n"); sleep(1); lua_resume(L, 0); printf("after resume test\n"); return 0; }