Lua 協同程式完整指南：從基礎到生產者-消費者模式

Lua 的協同程式 是一種使用者層級的輕量級執行緒，擁有獨立堆疊、區域變數與指令指標，但與其他協同程式共享全域環境。與作業系統執行緒不同，協同程式採用協作式多任務：任一時刻僅有一個協同程式在執行，僅在主動呼叫 yield 時才會暫停並將控制權交還。

核心 API

• coroutine.create(f)：建立協同程式，回傳 thread 型別值，狀態為 suspended。
• coroutine.resume(co, ...)：啟動或恢復協同程式，回傳 true 加上 yield 的參數，或 false 加錯誤訊息。
• coroutine.yield(...)：掛起目前協同程式，將參數傳回對應的 resume。
• coroutine.status(co)：查詢狀態（suspended/running/dead/normal）。

生命週期範例

local co = coroutine.create(function()
    for i = 1, 10 do
        print("co", i)
        coroutine.yield()
    end
end)

print(coroutine.status(co))  -- suspended
coroutine.resume(co)         -- co 1
print(coroutine.status(co))  -- suspended
coroutine.resume(co)         -- co 2
-- ... 繼續 resume 直到結束
print(coroutine.status(co))  -- dead

資料雙向傳遞：resume 與 yield 的協作

• 首次 resume：額外參數視為主函式參數。
• 後續 resume：參數（除第一個）作為上一個 yield 的回傳值。
• yield 的回傳值即為下一次 resume 的參數（除第一個）。

function foo(a)
    print("foo", a)
    return coroutine.yield(2 * a)
end

co = coroutine.create(function(a, b)
    print("co-body", a, b)
    local r = foo(a + 1)
    print("co-body2", r)
    local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)
    print("co-body3", r, s)
    return b, "end"
end)

print("main", coroutine.resume(co, 1, 10))  -- true 4
print("main", coroutine.resume(co, "r"))    -- true 11 -9
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end
print("main", coroutine.resume(co))         -- false cannot resume dead coroutine

經典應用：生產者-消費者

利用協同程式的掛起/恢復機制，無需鎖即可實現同步：

local producer

function producer_fn()
    local i = 0
    while true do
        i = i + 1
        coroutine.yield(i)  -- 產出資料並掛起
    end
end

function consumer_fn()
    while true do
        local _, val = coroutine.resume(producer)
        print("consumed:", val)
    end
end

producer = coroutine.create(producer_fn)
consumer_fn()

此模式下，生產者與消費者在同一執行緒內交替執行，資料流向清晰且無競態條件。

錯誤處理

resume 若回傳 false，第二個值為錯誤訊息。協同程式內部錯誤不會直接中斷主程式，而是透過 resume 回傳，便於統一處理。

總結

協同程式以非搶佔式排程提供輕量並發，適合實現狀態機、非同步 I/O 封裝、生產者-消費者等模式。掌握 resume/yield 的資料交換語意，是編寫高效 Lua 程式的關鍵。