執行緒教學
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執行緒教學 |
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Lua 遵照的標準 ANSI C 沒有管理多個執行緒機制的機制。執行緒和用於控制它們的同步物件由底層作業系統提供。您需要使用它們才能在 Lua 中實作執行緒。您不需要修改 Lua 發行版才能執行此動作。
即使在最簡單的情況（例如純 C 應用程式）下，執行緒也很難正確。內嵌或延伸 Lua 的應用程式必須因應更複雜的協調執行緒與 Lua 函式庫。如果您的多工處理需求可以用 Lua 的單一執行緒程式碼區段滿足，建議您選擇這條路徑。請閱讀 CoroutinesTutorial 以取得更多詳細資料。如果您選擇為您的 Lua 專案實作多個優先執行緒，下列準則可能會有幫助。
與 Lua 互動的 C 中的每個執行緒需要自己的 Lua 狀態。這些狀態每個都有自己的執行時間堆疊。當新的 C 執行緒啟動時，您可以使用兩種方式之一建立它的 Lua 狀態。一種方式是呼叫 lua_open。這會建立一個新的狀態，它會獨立於其他執行緒中的狀態。在這種情況下，您需要初始化 Lua 狀態（例如載入函式庫），就像它是新程式的狀態一樣。這種方法消除了對互斥鎖定的需求（如下所述），但會讓執行緒無法分享全域資料。
另一種方法是呼叫 lua_newthread。這會建立一個子執行緒，它有自己的堆疊，而且可以存取全域資料。本文將討論此方法。
在使用執行緒時，您最擔心的應該是避免它們損壞彼此的環境。細微或不太細微的問題、立刻或偶爾令人抓狂的延遲，都會出現在執行緒在優先權搶先後，回到另一個執行緒使環境處於意外狀態的地方。不過，您通常也會希望執行緒分享某些資料結構。這時候，作業系統中的互斥物件就會派上用場。此類型的物件一次只能被一個執行緒鎖定。
Lua 會在您的協助下，防止它的內部資料結構受到損害。當 Lua 進入一個不能被優先權搶先的操作時，它會呼叫 lua_lock。當關鍵操作完成時，它會呼叫 lua_unlock。在預設的發行版中，這兩個函式什麼都不做。在 Lua 中使用執行緒時，應該用作業系統依賴的實作取代它們。在 POSIX 環境中，您將會使用類型為 pthread_mutex_t 的物件。在 Windows 中，您將會使用從 CreateMutex 回傳的控制碼，或者更佳的做法，使用類型為 CRITICAL_SECTION 的不透明資料結構。
特定 lua 宇宙中的所有 coroutines 都必須共用相同的 mutex。不要犯與特定 Lua 狀態關聯 mutex 的錯誤，然後在同一宇宙中不同的 coroutine 遭到鎖定時找不到它。以下是針對 Win32 的簡單範例。自訂標頭檔 luauser.h 可能包含
#define lua_lock(L) LuaLock(L) #define lua_unlock(L) LuaUnlock(L) #define lua_userstateopen(L) LuaLockInitial(L) #define lua_userstatethread(L,L1) LuaLockInitial(L1) // Lua 5.1 void LuaLockInitial(lua_State * L); void LuaLockFinal(lua_State * L); void LuaLock(lua_State * L); void LuaUnlock(lua_State * L);
在編譯 Lua 時將會使用這三個預處理器定義。Lua 從 5.0.2 版開始，很遺憾地不提供呼叫來摧毀鎖定。(VersionNotice: 為 Lua 5.1 更新?)
不論是用 lua_open 還是 lua_newthread 呼叫來建立新的 Lua 狀態，都會呼叫函數 lua_userstateopen。只有 lua_userstateopen 第一次呼叫時，才會建立 mutex 很重要。
在 Lua 5.1 中，會呼叫 luai_userstatethread(L,L1) 來處理以 lua_newthread 建立的執行緒。會呼叫 luai_userstateopen(L) 來處理以 lua_newstate 建立的 Lua 狀態(但不處理以 lua_newthread 建立的狀態)。僅會呼叫 luai_userstateclose(L) 來處理以 lua_close 關閉的執行緒。
相關的 C 檔 luauser.c 包含
#include <windows.h>
#include "lua.h"
#include "luauser.h"
static struct {
CRITICAL_SECTION LockSct;
BOOL Init;
} Gl;
void LuaLockInitial(lua_State * L)
{
if (! Gl.Init)
{
/* Create a mutex */
InitializeCriticalSection(&Gl.LockSct);
Gl.Init = TRUE;
}
}
void LuaLockFinal(lua_State * L) /* Not called by Lua. */
{
/* Destroy a mutex. */
if (Gl.Init)
{
DeleteCriticalSection(&Gl.LockSct);
Gl.Init = FALSE;
}
}
void LuaLock(lua_State * L)
{
/* Wait for control of mutex */
EnterCriticalSection(&Gl.LockSct);
}
void LuaUnlock(lua_State * L)
{
/* Release control of mutex */
LeaveCriticalSection(&Gl.LockSct);
}
這兩個檔不必出現在 Lua 分發樹中，但它們必須在建置過程中可以存取。此外，你需要定義 LUA_USER_H，這樣 Lua 才能使用你的包含檔。報價需要包含在定義中，以便傳送類似這樣的表示式到編譯器
/DLUA_USER_H="""luauser.h"""
編譯器才能找到你的檔案。
Lua 使用鎖定函數來防止其內部資料結構遭到破壞。應用程式負責防止公開資料結構(不論是全域或 upvalues)出現問題。可以使用 mutex 來使用像是上面顯示的函數來協調資源使用。但是，一定要使用與 Lua 所使用的不同的 mutex，來避免潛在的死結。
在設計多執行緒應用程式時，要注意每個執行緒在何處等待會有所幫助。務必要記住沒有防護的作業可能會遭到中斷。如果其他執行緒因為中斷發生的狀態而受到不良影響，就會需要某種類型的互斥。
上述使用全域 mutex 來在 Lua 中實作執行緒的方法在多處理器系統上效率不彰。當一個執行緒保持全域 mutex 時，其他執行緒會等待該 mutex。因此，一次只可能執行一個 Lua 執行緒，不論系統中有多少處理器。
在某些系統中，可能需要在解鎖互斥鎖後讓出執行緒，以防範相同執行緒再次鎖定，當中有其他執行緒正在等候時情況尤其如此。至少已知採用 Boost.Threads 的 Linux 系統會發生這種情形。不妨試著覆寫 luai_threadyield（預設會呼叫 lua_unlock，接著馬上呼叫 lua_lock），讓執行緒在鎖定與解鎖之間讓出。不過，虛擬機器中的 dojump 巨集會呼叫 luai_threadyield，代表每次呼叫 luai_threadyield 時都讓出可能會大幅降低效能。下列替代方案可能有用
void luai_threadyield(struct lua_State *L)
{
static int count=0;
bool y=false;
if (count--<=0) { y=true; count=30; }; // Try different values instead of 30.
lua_unlock(L);
if (y) thread::yield();
lua_lock(L);
}