并發(fā)是現(xiàn)實世界的本質(zhì)特征，而聰明的計算機科學(xué)家用來模擬并發(fā)的技術(shù)手段便是多任務(wù)機制。大致上有這么兩種多任務(wù)技術(shù)，一種是搶占式多任務(wù) (preemptive multitasking)，它讓操作系統(tǒng)來決定何時執(zhí)行哪個任務(wù)。另外一種就是協(xié)作式多任務(wù)(cooperative multitasking)，它把決定權(quán)交給任務(wù)，讓它們在自己認為合適的時候自愿放棄執(zhí)行。這兩種多任務(wù)方式各有優(yōu)缺點，前者固有的同步問題使得程序經(jīng) 常有不可預(yù)知的行為，而后者則要求任務(wù)具備相當?shù)淖月删瘛?/p>

協(xié)程(coroutine)技術(shù)是一種程序控制機制，早在上世紀60年代就已提出，用它可以很方便地實現(xiàn)協(xié)作式多任務(wù)。在主流的程序語言(如 C++、Java、Pascal等)里我們很少能看到協(xié)程的身影，但是現(xiàn)在不少動態(tài)腳本語言(Python、Perl)卻都提供了協(xié)程或與之相似的機制， 其中最突出的便是Lua。

Lua語言實現(xiàn)的協(xié)程是一種非對稱式(asymmetric)協(xié)程，或稱半對稱式(semi-symmetric)協(xié)程，又或干脆就叫半?yún)f(xié)程 (semi-coroutine)。這種協(xié)程機制之所以被稱為非對稱的，是因為它提供了兩種傳遞程序控制權(quán)的操作：一種是(重)調(diào)用協(xié)程(通過 coroutine.resume);另一種是掛起協(xié)程并將程序控制權(quán)返回給協(xié)程的調(diào)用者(通過coroutine.yield)。一個非對稱協(xié)程可以看 做是從屬于它的調(diào)用者的，二者的關(guān)系非常類似于例程(routine)與其調(diào)用者之間的關(guān)系。既然有非對稱式協(xié)程，當然也就有對稱式 (symmetric)協(xié)程了，它的特點是只有一種傳遞程序控制權(quán)的操作，即將控制權(quán)直接傳遞給指定的協(xié)程。曾經(jīng)有這么一種說法，對稱式和非對稱式協(xié)程機 制的能力并不等價，但事實上很容易根據(jù)前者來實現(xiàn)后者。接下來我們就用代碼來證明這個事實。

--對稱式協(xié)程庫coro.lua 
--代碼摘自論文"Coroutines in Lua" 
--www.inf.puc-rio.br/~roberto/docs/corosblp.pdf 
coro = {} 
--coro.main用來標識程序的主函數(shù) 
coro.main = function() end 
-- coro.current變量用來標識擁有控制權(quán)的協(xié)程， 
-- 也即正在運行的當前協(xié)程 
corocoro.current = coro.main 
-- 創(chuàng)建一個新的協(xié)程 
function coro.create(f) 
return coroutine.wrap(function(val) 
return nil,f(val) 
end) 
end 
-- 把控制權(quán)及指定的數(shù)據(jù)val傳給協(xié)程k 
function coro.transfer(k,val) 
if coro.current ~= coro.main then 
return coroutine.yield(k,val) 
else 
-- 控制權(quán)分派循環(huán) 
while k do 
coro.current = k 
if k == coro.main then 
return val 
end 
k,val = k(val) 
end 
error("coroutine ended without transfering control...") 
end 
end 

如果暫時還弄不懂上面的程序，沒關(guān)系，看看如何使用這個庫后再回頭分析。下面是使用示例：

require("coro.lua") 
function foo1(n) 
print("1: foo1 received value "..n) 
n = coro.transfer(foo2,n + 10) 
print("2: foo1 received value "..n) 
n = coro.transfer(coro.main,n + 10) 
print("3: foo1 received value "..n) 
coro.transfer(coro.main,n + 10) 
end 
function foo2(n) 
print("1: foo2 received value "..n) 
n = coro.transfer(coro.main,n + 10) 
print("2: foo2 received value "..n) 
coro.transfer(foo1,n + 10) 
end 
function main() 
foo1 = coro.create(foo1) 
foo2 = coro.create(foo2) 
local n = coro.transfer(foo1,0) 
print("1: main received value "..n) 
n = coro.transfer(foo2,n + 10) 
print("2: main received value "..n) 
n = coro.transfer(foo1,n + 10) 
print("3: main received value "..n) 
end 
--把main設(shè)為主函數(shù)(協(xié)程) 
coro.main = main 
--將coro.main設(shè)為當前協(xié)程 
corocoro.current = coro.main 
--開始執(zhí)行主函數(shù)(協(xié)程) 
coro.main() 

上面的示例定義了一個名為main的主函數(shù)，整個程序由它而始，也因它而終。為什么需要一個這樣的主函數(shù)呢?上面說了，程序控制權(quán)可以在對稱式協(xié)程 之間自由地直接傳遞，它們之間無所謂誰從屬于誰的問題，都處于同一個層級，但是應(yīng)用程序必須有一個開始點，所以我們定義一個主函數(shù)，讓它點燃程序運行的導(dǎo) 火線。雖說各個協(xié)程都是平等的，但做為程序運行原動力的主函數(shù)仍然享有特殊的地位(這個世上哪有絕對的平等!)，為此我們的庫專門用了一個 coro.main變量來保存主函數(shù)，并且在它執(zhí)行之前要將它設(shè)為當前協(xié)程(雖然上面的main實際只是一個普通函數(shù)而非一個真正的協(xié)程，但這并無太大的 關(guān)系，以后主函數(shù)也被稱為主協(xié)程)。示例運行的結(jié)果是：

1: foo1 received value 0

1: foo2 received value 10

1: main received value 20

2: foo2 received value 30

2: foo1 received value 40

2: main received value 50

3: foo1 received value 60

3: main received value 70

協(xié)程的執(zhí)行序列是：main->foo1->foo2->main->foo2->foo1->main->foo1->main。

coro.transfer(k,val)函數(shù)中k是將要接收程序控制權(quán)的協(xié)程，而val是傳遞給k的數(shù)據(jù)。如果當前協(xié)程不是主協(xié) 程，tansfer(k,val)就簡單地利用coroutine.yield(k,val)將當前協(xié)程掛起并傳回兩項數(shù)據(jù)，即程序控制權(quán)的下一站和傳遞 給它的數(shù)據(jù);否則進入一個控制權(quán)分派(dispatch)循環(huán)，該循環(huán)(重)啟動(resume)k協(xié)程，等待它執(zhí)行到掛起(suspend)，并根據(jù)此 時協(xié)程傳回的數(shù)據(jù)來決定下一個要(重)啟動的協(xié)程。從應(yīng)用示例來看，協(xié)程與協(xié)程之間似乎是用transfer直接傳遞控制權(quán)的，但實際上這個傳遞還是通過 了主協(xié)程。每一個在主協(xié)程里被調(diào)用(比較coro.current和coro.main是否相同即可判斷出)的transfer都相當于一個協(xié)程管理器， 它不斷地(重)啟動一個協(xié)程，將控制權(quán)交出去，然后等那個協(xié)程掛起時又將控制權(quán)收回，然后再(重)啟動下一個協(xié)程...，這個動作不會停止，除 非<1>將(重)啟動的協(xié)程是主協(xié)程;<2>某個協(xié)程沒有提供控制權(quán)的下一個目的地。很顯然，每一輪分派循環(huán)開始時都由主協(xié)程把 握控制權(quán)，在循環(huán)過程中如果控制權(quán)的下一站又是主協(xié)程的話就意味著這個當初把控制權(quán)交出去的主協(xié)程transfer操作應(yīng)該結(jié)束了，所以函數(shù)直接返回 val從而結(jié)束這輪循環(huán)。對于情況<2>，因為coro.create(f)創(chuàng)建的協(xié)程的體函數(shù)(body function)實際是function(val) return nil,f(val) end，所以當函數(shù)f的最后一條指令不是transfer時，這個協(xié)程終將執(zhí)行完畢并把nil和函數(shù)f的返回值一起返回。如果k是這樣的協(xié) 程，transfer執(zhí)行完k,val = k(val)語句后k值就成了nil，這被視為一個錯誤，因為程序此時沒法確定下一個應(yīng)該(重)啟動的協(xié)程到底是誰。所以在對稱式模型下，每一個協(xié)程(當 然主協(xié)程除外)最后都必須顯式地將控制權(quán)傳遞給其它的協(xié)程。根據(jù)以上分析，應(yīng)用示例的控制權(quán)的分派應(yīng)為：

第一輪分派: main->foo1->main->foo2->main->main(結(jié)束)

第二輪分派: main->foo2->main->foo1->main->main(結(jié)束)

第三輪分派: main->foo1->main->main(結(jié)束)

由于可以直接指定控制權(quán)傳遞的目標，對稱式協(xié)程機制擁有極大的自由，但得到這種自由的代價卻是犧牲程序結(jié)構(gòu)。如果程序稍微復(fù)雜一點，那么即使是 非常有經(jīng)驗的程序員也很難對程序流程有全面而清晰的把握。這非常類似goto語句，它能讓程序跳轉(zhuǎn)到任何想去的地方，但人們卻很難理解充斥著goto的程 序。非對稱式協(xié)程具有良好的層次化結(jié)構(gòu)關(guān)系，(重)啟動這些協(xié)程與調(diào)用一個函數(shù)非常類似：被(重)啟動的協(xié)程得到控制權(quán)開始執(zhí)行，然后掛起(或結(jié)束)并將 控制權(quán)返回給協(xié)程調(diào)用者，這與計算機先哲們倡導(dǎo)的結(jié)構(gòu)化編程風格完全一致。

綜上所述，Lua提供的非對稱式協(xié)程不但具有與對稱式協(xié)程一樣強大的能力，而且還能避免程序員濫用機制寫出結(jié)構(gòu)混亂的程序。

原文鏈接：http://tech.it168.com/j/2008-02-14/200802141556818.shtml