8.3 使用通道控制任务

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2023-12-01

8.3 使用通道控制任务

8.3.1 通道的概念

Vim 手册上的术语 channel 直译为通道，比起任务 job 听来更为抽象。上一节介绍的任务，直观想起来，即使不是瞬时能完成的“慢”命令，也是一项“短命”的命令，可以期望它完成，也就完成了任务。

显然，我们可以用 job_start() 同时开启几个异步命令，但是如果企图通过这方式开启一组貌似相关的任务，可能达不到目的。因为开启的不同任务相互之间是独立的，各自独立在后台运行。比如，连续开启以下两个命令：

: call job_start('cd ~/.vim/')
: call job_start('ls')

这两条语句写在一起，并不能（或许有人想当然那样）进入目标目录后列出文件。第一条语句开启一个后台命令 cd 进入目录，但是什么也没干就完成了；第二条语句开启另一个独立的后台命令 ls 仍然是列出当前目录的文件。

不过这个需求在 vim 中是有解决办法的，想想在 vim8.1 中随着异步特性增加的内置终端的功能，显然是可以通过开启内置终端，在此内置终端中输入 cd ls 命令列出目标目录下的所有文件：

: terminal
$ cd ~/.vim
$ ls

既然可以在 vim 中列出一串内容，可想而知也有他法将列出的内容捕获到 VimL 变量中，再进行想要的程序逻辑加工。

:terminal 命令其实有个默认参数，就是异步开启一个交互 shell 进程（如 bash），只不过这个任务与上一节介绍的异步任务有所不同，特殊在于它是不会主动结束的，相当于一个无限死循环等待用户输入，再解释执行（shell 命令）给出回应。那么 vim 与后台异步开启的这个 shell 进程（任务），肯定是该有个东西连着，以促成相互之前的通讯，这个东西就叫做“通道”，也就是 channel 。

通道的一端自然是连着 vim ，另一端一般连着的是能长期运行的服务程序。上一节介绍的异步任务，也是有个通着连着外部命令的，如此 vim 才能知道外部命令有输出，什么时间结束，才能在适当时机调用回调函数。只不过那外部命令自然结束后，通道也就断了。所以最好反过来理解，通道才是底层更通用的机制，任务是一种短平快的特殊通道。

Vim 的在线文档 :help channel 专门有个文档来描叙通道（及任务）的使用细节，并且在一开始还有个用 python 写的简单服务程序，用于演示 vim 的通道联连与交互。对 python 有亲切感的读者，可以好好跟一下这个演示示例。从这么简单朴素的服务开始，通道可以实现复杂如内置终端这样的标志性功能。虽然我们学 VimL ，不求一下子就能写那么复杂的高级功能，但理解通道的机制，掌握通道的用法，也就能大大扩展 VimL 编程的效能，满足在旧版本所无法实现的需求。

8.3.2 开启通道与模式选项

要开启一个通道，使用 ch_open() 函数，我们将其函数“原型”与前面两节介绍的定时器、任务的启动函数放在一起对照来看：

定时： timer_start({time}, {callback} [, {options}])
任务： job_start({command} [, {options}])
通道： ch_open({address} [, {options}])

定时器的第一参数是时间，因为它是将在确定的时间内执行工作，同时定时器要有效用，也必须在第二参数处提供回调函数，以表示到那时执行具体的动作。而任务，是无法提前得知执行外部命令需要多少（毫秒）时间的。所以启动任务的第一参数，就是外部命令，有时这就够了，只要让它在后台默默完成即可；之后的选项是可选的，而且对于复杂任务，也可能需要几种不同时机的回调，故而全部打包在一个较大的选项字典中，令使用接口简单清晰。

至于通道，它更抽象在于，它其实不是针对具体命令的，而是针对某个“地址”，就如 socket 编程范畴的“主机:端口”的地址概念。Vim 的通道就是可以联接到这样的地址，与其另一端的服务进行通讯，至于另一端的服务是由什么命令、由什么语言写的程序，这不需要关心，也不影响。

在通道的选项集中，除了同样重要的回调函数外，还有个更基础的模式选项须得关注，就是叫 mode 的。模式规定了 Vim 与另一端的程序通讯时的消息格式，粗略地讲，可直观地理解为传输、读写的字符串格式。共支持四种模式，上一节介绍的由 job_start() 启动的任务默认就是使用 NL 模式，意为 newline ，换行符分隔每个消息（字符串）。这里使用 ch_open() 开启的通道默认使用 json 格式。json 是目前互联网上很流行的格式，vim 现在也内置了 json 的解析，所以使用方便灵活。

另外两种模式叫做 js 与 raw 。js 模式是与 json 类似的、以 javascript 风格的格式，文档上说效率比 json 好些。因为 js 编码解码没那么多双引号，以及可省略空值。 raw 是原始格式之意，也就是没任何特殊格式，vim 对此无法作出任何假设与预处理，全要由用户在回调函数中处理。

至于在具体的 VimL 编程实践中，该使用哪种模式的通道，这取决于要连接的另一端的程序如何提供服务了。如果能提供 json 或 js 最好，要不 NL 模式简单，如果边换行符也不一定能保证，那就只能用 raw 了。如果另一端的程序也是由自己开发，那掌握权就更大了，如果简单的可以用 NL 模式，复杂的服务就推荐 json 了。

模式之所以重要，是因为它深刻影响了回调函数的写法。比如 vim 从通道中每次收到消息，就会调用 callback 选项指定的函数（引用），并向它传递两个参数；故回调函数一般是形如这样的：

function! Callback_Handler(channel, msg)
    echo 'Received: ' . a:msg
endfunction

其中第一参数 a:channel 是通道 ID ，就是 ch_open() 的返回值，代表某个特定的通道（显然可以同时运行多个通道）。第二参数 a:msg 所谓的消息，就与通道模式有关了。如果是 json 或 js 模式，虽然 vim 收到的消息初始也是字符串，但 vim 自动给你解码了，于是 a:msg 就转换为 VimL 数据类型了，比如可能是富有嵌套的字典与列表结构。如果是 NL 模式，则是去除换行符的字符串；当然如果是 raw 模式，那就是最原始的消息了，可能有的换行符也得用户在回调中注意处理。

8.3.3 通道交互

与任务不同的是，通道仅仅由 ch_open() 开启是不够的。那只是建立了连接，告诉你已经准备好可以与另一端的程序服务协同工作了。但一般它不会自动做具体的工作，需要让 vim 与彼端的服务互通消息，告诉对方我想干什么，请求对方帮忙完成，并（异步或同步地）等待回应。虽然有些服务可以主动向 vim 发一些消息，让 vim 自动处理，但毕竟有限，你也不能放任外部程序不加引导控制地影响 vim 是不。所以，有来有往的消息传递，才是通道常规操作，也是其功能强大所在。

互通消息的方式，也与通道模式有关。

向 json 或 js 模式的通道（彼端）发消息，推荐如下三种方式之一：

call ch_sendexpr(channel, {expr})
call ch_sendexpr(channel, {expr}, {'callback': Handler})
let response = ch_evalexpr(channel, {expr})

注意前两种写法，直接用 :call 命令调用函数，忽略函数返回值。它单纯地发送消息，异步等待回应；当之后某个时刻收到响应后，就调用通道的回调函数。但是如第二种用法，在发送消息时提供额外选项，单独指定这条消息的回调函数。

于是就要一种机制来区分哪条消息，vim 在发送消息时实际上发送 [{number},{expr}] ，即在消息之前附加一个编号，组成一个二元列表。该编号是 vim 内部处理的，一般是递增保证唯一，{expr} 才是由程序员指定的 VimL 有效数值（或数据结构），并再由 vim 编码成 json 字符串，或 js 风格的类似字符串。通道彼端接收到这样的消息，将 json 字符串解码，经其内部处理后，再由通道发还给 vim ，并且也是由编号、消息体组成的二元列表 [{number},{response}]。在同一请求——回应中，编号是相同的， vim 据此就能分发到对应的回调函数，传入的第二参数也就是 {response} ，不包含编号的消息主体。当然，按第一种写法未指定回调地发送消息，收到响应时就会默认分到在 ch_open() 中指定的回调函数中。

至于第三种写法，一般要用 :let 命令获取 ch_evalexpr() 的返回值。这是同步等待，就如 system() 函数捕获输出一样。同步虽然可能阻塞，但优点是程序逻辑简单，不必管回调函数那么绕。在通道已经建立的情况下，如果另一端的服务程序也运行在本地机器， ch_evalexpr() 可能比 system() 快些。因此，如果预期将要请求执行的操作并不太复杂时，可尽量用这种同步消息组织编程。另外，通道也有个超时选项，不致于让 vim 陷入无限等待的恶劣情况。在超时或出错情况下，ch_evalexpr() 返回空字符中，否则返回的也是已解码的 VimL 数据，如同 ch_sendexpr() 收到回应时传给回调函数的消息主体。

对于 NL 或 raw 模式，无法使用上面这两个函数交互，应该使用另外两个对应的函数：

call ch_sendraw(channel, {string})
call ch_sendraw(channel, {string}, {'callback': 'MyHandler'})
let response = ch_evalraw(channel, {string})

其中第二参数必须是字符串，而不能是其他复杂的 VimL 数据结构，并且可能需要手动添加末尾换行符（视通道彼端程序需求而论）。

json 与 js 模式的通道也能用 ch_sendraw() 与 ch_evalraw() ，不过需要事先调用 json_encode() 将要发送的 VimL 数据转换（编码）为 json 字符串再传给这俩函数；然后在收到响应时，又要将响应消息用 json_decode() 解码以获得方便可用 VimL 数据。

因此，所谓通道的四种模式，是指通道的 vim 这端如何处理消息的方式，vim 能在多大程度上自动处理消息的区别上。至于通道另一端如何处理消息，那就不是 vim 所能管的事了，是那边的程序设计话题。也许那边的程序也有个网络框架自动将 json 解码转化为目标语言的内部数据，或者要需要手动调用 json 库的相关函数，再或者是简单粗暴地自己解析 json 字符串……那都与 vim 这边无关了，它们之间只是达到一个协议，需要传输一个两边都能正确解析的字符串（消息字节）就可以了。

此外还得辨别另一个概念，通道的这四种解析模式，与通道的两种通讯模式又不是同一层次的东西。后者指的是 socke 或管道（pipe），是与操作系统进程间通讯的更底层的概念，前者 json 或 NL 却是 VimL 应用层面的模式。上一节介绍的任务，由 job_start() 启动的，使用是管道，重定向了标准输入输出与错误；这一节介绍的通道，由 ch_open() 开启的，使用的是 socket ，绑定到了特定的端口地址。然后，在 vim 中，将任务的管道，也视为一种特殊通道。

8.4.4 通道示例：自制简易的 vim-终端

本节的最后，打算介绍一个网友写的拟终端插件： https://github.com/ZSaberLv0/ZFVimTerminal

这应该是在 vim8.1 暂时未推出内置终端，但先提供了 +job 与 +channel 写的插件，目的在于直接在 vim 中模拟终端，执行 shell 命令。虽然没有后来 vim 内置终端那么功能强大，但也颇有自己的特色。关键是还比较轻量，代码量不多，可用之学习一下如何使用 vim 任务与通道的异步功能。借鉴、阅读源码也正是学习任何语言编程的绝好法门。

首先应该了解，作为发布在 github 上的插件，或多或少都会追求某些通用性，于是在插件中就不可避免涉及许多配置，比如全局变量的判断与设置。就像这个插件，它想同时用于 vim 与 nvim ，两者在异步功能上可能提供了略有不同的内置函数接口，然而还想兼容 vim7 低版本下没异步功能时退回使用 system() 代替。

抛开这些“干扰”信息，直击关键代码，看看如何使用 vim 的异步功能吧。从功能说明入手，它主要是提供了 :ZFTerminal 命令，在源码中寻找该命令定义，获知它所调用的私有函数 s:zfterminal ：

command! -nargs=* -complete=file ZFTerminal :call s:zfterminal(<q-args>)
function! s:zfterminal(...)
    let arg = get(a:, 1, '')
    " ... (省略)
    let needSend=!empty(arg)
    if exists('b:job')
        let needSend=1
    else
        call s:updateConfig()
        let job = s:job_start(s:shell)
        let handle = s:job_getchannel(job)
        call s:initialize()
        let b:job = job
        let b:handle = handle
        if exists('g:ZFVimTerminal_onStart') && g:ZFVimTerminal_onStart!=''
            execute 'g:ZFVimTerminal_onStart(' . b:job . ', ' . b:handle . ')'
        endif
    endif
    if needSend
        silent! call s:ch_sendraw(b:handle, arg . "\n")
    endif
    " ... (省略)
endfunction

它这里的思路是将开启的任务保存在 b:job 中。这很有必要，因为随后的回调函数都要用到任务 ID （功通道 ID）。它不能保存在函数中的局部变量中，否则离开函数作用域就不可引用该 ID 了，也不宜污染全局变量。于是脚本级的 s: 变量合适；如果异步任务始终与某个 buffer 关联，则保存在 b: 作用域更不清晰，且容易支持多个任务并行。ZFTerminal 正是将一个普通 buffer 当作 shell 前端来用，因而保存为 b:job 。

如果在执行命令时，任务不存在，就用 job_start() 开始一个任务，否则就向与任务关联的通道用 ch_sendraw() 发送消息。它为这两个函数再作了一个浅层包装（主要为兼容代码考量及定义一些默认选项）。job_start() 它是这样开启的：

function! s:job_start(command)
    " ...
    return job_start(a:command, {
    \   'exit_cb' : 'ZFVimTerminal#exitcb',
    \   'out_cb' : 'ZFVimTerminal#outcb_vim',
    \   'err_cb' : 'ZFVimTerminal#outcb_vim',
    \   'stoponexit' : 'kill',
    \   'mode': 'raw',
    \ })
endfunction

在这里它指定了几个回调函数，并将通道模式设为 raw 。所以在后续 :ZFTerminal 命令中就用 ch_sendraw() 发送消息了。注意发送消息需要通道 ID 参数，使用 job_getchannel() 函数可以获取相任务关联的通道，并且也保存在 b: 作用域内。至于回调函数，请自行结合所实现的功能跟踪，此不再赘述。