Lua 協程應用

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即使我死了，埋在土地裡，我也要用我腐爛的聲帶喊出：閑置CPU是可恥。——孔子

進程，線程？並行，並發？

由於單核CPU效能過剩，而如此高的效能卻只能運行一個程式無疑是極大的浪費，因此多任務作業系統應運而生。

作業系統把每個任務映射為一個進程，通過CPU輪詢讓每個進程輪流程執行，從而讓人誤以為所有進程都在同時運行，實際上再同一時刻只有一個進程運行，這叫並發。當CPU有多核或者多線程的時候，在同一時刻就會同時有多個進程運行，這叫並行。

隨著時代的進步，越來越多的商務邏輯需要高並發，需要高效能。因為建立進程，切換進程，進程間通訊，成本之高，使得多個進程協同運行並不能滿足需求，於是多線程應運而生。通過在每個進程裡建立多個線程，這些線程共用一個進程資料，這幾乎彌補了多進程的所有缺點。當今主流作業系統都是多線程作業系統，例如：windows，linux，線程為作業系統最小調度單位，通過調度器，為每一個線程分配時間片。

隨著硬體效能的提升，隨著時間的考驗，多進程的缺點變成了多線程的缺點：建立線程，切換線程，線程間通訊，成本之高。因為單核CPU效能已經足夠，很多時候需要的是並發，而不是並行。而進程和線程都是由系統接管，並發還是並行都由系統說了算。因此人們渴望只並發的多線程，從而協程應運而生。

什麼是協程？

設想一下：

多個線程處理各自的隊列，當隊列有任務時，線程依次執行，當隊列為空白時，線程休眠，如此迴圈。

如果線程數量上千甚至上萬，這些線程同一時刻只有少部分隊列有任務，那麼作業系統會頻繁的掛起線程，啟用線程，並且所有線程都會佔用系統資源，這會導致系統不堪重負，即使只有少數線程運行，也會讓系統變得緩慢，甚至每個線程都需要鎖，雖然有許多無鎖演算法，但這會讓編程難度從普通上升到地獄，而操作線程，鎖的時間也許遠遠大於線程執行任務的時間。

如果我們可以擁有自己的線程調度器，可以在應用程式層隨意調度線程，避免線程進入核心狀態，避免線程爭奪資源，降低線程切換開銷，可以在單核CPU高並發榨乾效能，這樣的多線程就是協程。

如果用協程來完成上述任務，可以解決上述的所有缺點。
由於調度器太底層，幾乎把整個語言固定了，因此只有那些為了高並發而生的語言，才會有調度器，例如：GoLang，ErLang等，這些語言適合編寫高並發程式。對於那些不是為了高並發而生的語言，它們也需要協程，但是它們不需要調度器，它們只要手動調度，這就已經足夠了。

用協程取代非同步回調

Lua 有協程，沒有調度器，即使這樣，協程依舊是Lua最強特性沒有之一，這一特性經常被生手忽略，因為他們根本想不到該怎樣使用協程。

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

上述代碼邏輯很清晰，f()函數按順序執行了f1()，f2()，f3()出於某些原因，也許動畫延遲，也許網路請求，也許有意延遲，f1()，f2()不能馬上得到結果，同時，也不能讓線程卡在這等著。因此，這裡就變成了非同步需求，代碼可能變成下面這樣：

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

以上邏輯看起來很依舊很清晰，f1()，f2()，都接受一個函數作為非同步回調，但是在f1()傳參時，明顯出現了不和諧代碼，因為f3()要作為f2()的參數，需要用function() end產生一個閉包傳遞。但是，一旦需要執行更多的函數，代碼將慘不忍睹：

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

回到前一段代碼：

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

這段代碼非同步回呼函數只有3個，看似邏輯清晰，實際上存在重大隱患，從f()函數體來看，只能看出f1()，f2()分別接受一個函數作為參數，並不能明確f1()，f2()，f3() 是否按順序調用（也許內部壓根就沒有碰這個參數）， 因而使得f()邏輯很不清晰，甚至連內部執行順序都不能保障。如果存在大量非同步回調，邏輯混亂程度更是不敢想象，俗稱：回調地獄。

有沒有可能讓非同步呼叫，也可以像同步調用那樣寫呢？用協程可以做到。

local function async(handler)    local runn = coroutine.running()    handler(function()         coroutine.resume(runn)    end)    coroutine.yield()endfunction f()    local co = coroutine.create(function()        async(f1)        async(f2)        async(f3)        ...        async(fN)    end)    coroutine.resume(co)end

f()內部將f1()，f2()，...，fN()按順序非同步呼叫，這段代碼看起來是同步的，但它的的確確是非同步。協程的確可以優雅解決回調地獄問題，當然，這個寫法並不固定，可根據具體需求進行編碼。

上述代碼原理是：
用協程去執行第一個非同步函數，同時跳回主程式，因為協程跟主程式在同一線程，因此，在協程裡調用跟在主程式調用是一樣的，當非同步呼叫完成再跳回協程，繼續下一個非同步呼叫，如此迴圈。

非同步回調並非沒有優勢。比如：可以把簡單問題搞得複雜，把複雜問題搞出很多問題，讓開發人員每天都過得充實。