Introdução a Canais e Concorrência

Esta página apresenta canais para coordenar coroutines dentro de um processo. Os exemplos cobrem buffering, seleção, produtor-consumidor, fan-out, fan-in e fechamento.

Classificação: introdução de referência/API. Os trechos são exemplos independentes, não uma aplicação autônoma.

Contexto e Dependências

Execute os trechos em uma função exportada de uma entrada Lua executável, como process.lua. As APIs channel e coroutine são globais do ambiente e não exigem require() nem declarações em modules. Cada trecho cria seus próprios canais e deve ser avaliado separadamente.

Esta página é uma introdução: cada trecho mostra uma API isolada. Cole-os na função main de uma entrada process.lua para executá-los, como configurado no tutorial Aplicações CLI.

Criando Channels

Channels são canais de comunicação para corrotinas. Crie com channel.new(capacity):

local ch = channel.new(1)  -- buffered channel, capacity 1

Channels com Buffer

Channels com buffer permitem envios sem bloquear até que o buffer esteja cheio:

local ch = channel.new(3)  -- buffer holds 3 items

-- Send without blocking
ch:send(1)
ch:send(2)
ch:send(3)

-- Receive in FIFO order
local v1, ok1 = ch:receive()  -- 1, true
local v2, ok2 = ch:receive()  -- 2, true
local v3, ok3 = ch:receive()  -- 3, true

Channels sem Buffer

Channels sem buffer (capacidade 0) sincronizam remetente e receptor:

local ch = channel.new(0)  -- unbuffered
local done = channel.new(1)

coroutine.spawn(function()
    ch:send("from spawn")  -- blocks until receiver ready
    done:send(true)
end)

local val = ch:receive()  -- receives "from spawn"
local completed = done:receive()

Seleção de canais :id=channel-select

channel.select aguarda múltiplos channels, retorna a primeira operação pronta:

local ch1 = channel.new(1)
local ch2 = channel.new(1)

ch1:send("ch1_value")

local result = channel.select{
    ch1:case_receive(),
    ch2:case_receive()
}

-- result is a table with: channel, value, ok
result.channel == ch1  -- true
result.value           -- "ch1_value"
result.ok              -- true

Select com Send

Use case_send para oferecer um envio dentro de um select. O case é escolhido assim que o channel consegue aceitar o valor:

local ch = channel.new(1)

local result = channel.select{
    ch:case_send("sent"),
    default = true
}

if not result.default then
    result.ok  -- true (send succeeded)
end

local v = ch:receive()  -- "sent"

Select bloqueia até que um de seus cases esteja pronto. Adicione default = true à tabela de cases para retornar imediatamente, com result.default definido como true quando nada estava pronto:

local full = channel.new(1)
full:send("first")

local result = channel.select{
    full:case_send("second"),
    default = true
}

result.default  -- true (buffer cheio, nada enviado)

Padrão Produtor-Consumidor

Produtor único, consumidor único:

local ch = channel.new(5)
local done = channel.new(1)
local consumed = 0

-- Consumer
coroutine.spawn(function()
    while true do
        local v, ok = ch:receive()
        if not ok then break end
        consumed = consumed + 1
    end
    done:send(consumed)
end)

-- Producer
for i = 1, 10 do
    ch:send(i)
end
ch:close()

local total = done:receive()  -- 10

Padrão Ping-Pong

Sincronizar duas corrotinas:

local ping = channel.new(0)
local pong = channel.new(0)
local rounds_done = channel.new(1)

coroutine.spawn(function()
    for i = 1, 5 do
        ping:receive()
        pong:send("pong")
    end
    rounds_done:send(true)
end)

for i = 1, 5 do
    ping:send("ping")
    pong:receive()
end

local completed = rounds_done:receive()

Padrão Fan-Out

Um produtor, múltiplos consumidores:

local work = channel.new(10)
local results = channel.new(10)

-- Spawn 3 workers
for w = 1, 3 do
    coroutine.spawn(function()
        while true do
            local job, ok = work:receive()
            if not ok then break end
            results:send(job * 2)
        end
    end)
end

-- Send work
for i = 1, 6 do
    work:send(i)
end
work:close()

-- Collect results
local sum = 0
for i = 1, 6 do
    local r = results:receive()
    sum = sum + r
end
-- sum = (1+2+3+4+5+6)*2 = 42

Padrão Fan-In

Múltiplos produtores, consumidor único:

local output = channel.new(10)
local producer_count = 4
local items_per_producer = 5

-- Spawn producers
for p = 1, producer_count do
    local producer_id = p
    coroutine.spawn(function()
        for i = 1, items_per_producer do
            output:send({producer = producer_id, item = i})
        end
    end)
end

-- Collect all messages
local received = {}
for i = 1, producer_count * items_per_producer do
    local msg = output:receive()
    table.insert(received, msg)
end

-- Verify all producers sent their items
local counts = {}
for _, msg in ipairs(received) do
    counts[msg.producer] = (counts[msg.producer] or 0) + 1
end

Fechando Channels

Feche channels para sinalizar conclusão. Receptores recebem ok = false quando o channel está fechado e vazio:

local ch = channel.new(5)
local done = channel.new(1)

coroutine.spawn(function()
    local count = 0
    while true do
        local v, ok = ch:receive()
        if not ok then break end  -- channel closed
        count = count + 1
    end
    done:send(count)
end)

for i = 1, 10 do
    ch:send(i)
end
ch:close()  -- signal no more values

local total = done:receive()

Métodos de Channel

Operações disponíveis:

  • channel.new(capacity) - Criar channel com tamanho de buffer
  • ch:send(value) - Enviar valor (bloqueia se buffer cheio)
  • ch:receive() - Receber valor, retorna value, ok
  • ch:close() - Fechar channel
  • ch:case_send(value) - Criar caso de envio para select
  • ch:case_receive() - Criar caso de recepção para select
  • channel.select{cases...} - Espera em múltiplas operações e retorna channel, value e ok
  • channel.select{cases..., default = true} - Retorna {default = true, ok = true} imediatamente quando nenhum caso está pronto

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