Lua使用協程實現多線程

local socket = require "socket"

然後，定義主機和要下載的文件。在本例中，我們從Lua語言官網下載Lua5.3手冊：

host = "www.lua.org"
file = "/manual/5.3/manual.html"

接下來，打開一個TCP連接，連接到站點的80端口：

c = assert(socket.connect(host,80))

這步操作返回一個連接對象，可以用它來發送下載文件的請求：

local request = string.format("GET %s HTTP/1.0\r\nhost: %s\r\n\r\n",file,host)
c:send(request)

接下來，以1KB爲一塊讀取文件，並將每塊寫入到標準輸出中：

repeat
	local s ,status,partial = c:receive(2^10)
	io.write(s or partial)
until status == "closed"

函數receive要麼返回它讀取到的字符串，要麼在發生錯誤時返回nil外加錯誤碼及出錯前讀取到的內容。當主機關閉連接時，把輸入流中剩餘的內容打印出來，然後退出接收循環。
    下載完文件後，關閉連接：

c:close()

    既然我們知道了如何下載一個文件，那麼再回到下載多個文件的問題上。最簡單的做法是逐個地下載文件。不過，這種串行的做法太慢了，它只能在下載完一個文件後再下載一個文件。當讀取一個遠程文件時，程序把大部分的時間耗費在了等待數據到達上。更確切地說，程序將時間耗費在了對receive的阻塞調用上。因此，如果一個程序能夠同時並行下載所有文件的話，就會快很多。當一個連接沒有可用數據時，程序便可以從其他連接讀取數據。很明顯，協程爲構造這種併發下載的代碼結構提供了一種簡單的方式。我們可以爲每個下載任務創建一個新線程，當一個線程無可用數據時，它就可以將控制權傳遞給一個簡單的調度器，這個調度器再去調用其他的線程。
    在用協程重寫程序前，我們先把之前下載的代碼重寫成一個函數。

示例 下載Web頁面的數據

function download (host,file)
	local c = assert(socket.connect(host,80))
	local count = 0
	local request = string.format("GET %s HTTP/1.0\r\nhost:%s\r\n\r\n",file,host)
	c:send(request)
	while true do
		local s ,status = receive(c)
		count = count + #s
		if status == "closed" then break end
	end
	c:close()
	print(file,count)
end

    由於我們對遠程文件的內容並不感興趣，所以不需要將文件內容寫入到標準輸出中，只要計算並輸出文件大小即可。
    在新版本中，我們使用一個輔助函數receiver從連接接收數據。在串行的下載方式中，receive的代碼如下：

function receive(connection)
	local s,status,partial = connection:receive(2^10)
	return s or partial,status
end

在並行的實現中，這個函數在接收數據時不能阻塞。因此，在沒有足夠的可用數據時，該函數會掛起，如下：

function receive(connection)
	connection:settimeout(0) --不阻塞 
	local s ,status,partial = connection:receive(2^10)
	if status == "timeout" then
		coroutine.yield(connection)
	end
	return s or partial,status
end

調用settimeout(0)是的後續所有對連接進行的操作不會則塞。如果返回狀態爲"timeout"，就表示該操作在返回時還未完成。此時，線程就會掛起。傳遞給yield的非假參數通知調度器線程仍在執行任務中。請注意，即使在超時的情況下，連接也會返回超時前已讀取到的內容，也就是變量partial中的內容。

示例 調度器

tasks = {}			-- 所有活躍任務的列表
function get (host,file)
	local co = coroutine.wrap(function()
		download(host,file)
	end)
	table.insert(tasks,co)
end

function dispatch ()
	local i = 1
	while true do
		if tasks[i] == nil then
			if tasks[1] == nil then
				break
			end
			i = 1
		end
		local res = tasks[i]()
		if not res then
			table.remove(tasks,i)
		else
			i = i + 1
		end
	end
end

    在tasks爲調度器保存着所有正在運行中的線程的列表。函數get保證每個下載任務運行在一個獨立的線程中。調度器本身主要就是一個循環，它遍歷所有的線程，逐個喚醒它們。調度器還必須在線程完成任務後，將該線程從列表中刪除。在所有線程都完成運行後，調度器停止循環。
    最後，主程序創建所有需要的線程並調起調度器。例如，如果要從Lua官網下載幾個發行包，主程序可能如下：

get("www.lua.org","/ftp/lua-5.3.2.tar.gz")
get("www.lua.org","/ftp/lua-5.3.1.tar.gz")
get("www.lua.org","/ftp/lua-5.3.0.tar.gz")
get("www.lua.org","/ftp/lua-5.2.4.tar.gz")
get("www.lua.org","/ftp/lua-5.2.3.tar.gz")
dispatch()

在筆者的機器上，串行實現花了15秒下載到這些文件，而協程實現比串行實現快了三倍多。
    儘管速度提高了，但最後一種實現還有很大的優化空間。當至少由一個線程有數據可讀取時不會有問題；然而，如果所有的線程都沒有數據可讀，調度程序就會陷入忙等待，不斷地從一個線程切換到另一個線程來檢查是否有數據可讀。這樣，會導致協程版的實現比串行版實現耗費多達3倍的CPU時間。
    爲了避免這樣的情況，可以使用LuaSocket中的函數select，該函數允許程序阻塞直到一組套接字的狀態發生改變。要實現這種改動，只需要修改調度器即可。

示例 使用select的調度器

function dispatch()
	local i = 1
	local timedout = {}
	while true do
		if tasks[i] == nil then
			if tasks[1] == nil then
				break
			end
			i = 1
			timedout ={}
		end
		local res = tasks[i]()
		if not res then
			table.remove(tasks,i)
		else
			i = i + 1
			timeout[#timedout + 1] = res
			if #timedout == #tasks then
				socket.select(timedout)
			end
		end
	end
end

    在循環中，新的調度器將所有超時的連接收集到表timedout中。請記住，函數receive將這種超時的連接傳遞給yield，然後由resume返回。如果所有的連接均超時，那麼調度器調用select等待這些連接的狀態就會發生改變。這個最終的實現與上一個使用協程的實現一樣快。另外，由於它不會有忙等待，所以與串行實現耗費的CPU資源一樣多。