Kotlin 入門到進階(補充內(nèi)容4) -- 協(xié)程 Coroutine 知識點

協(xié)程使用說明：https://blog.csdn.net/tmacfrank/article/details/145084326

協(xié)程原理分析：
協(xié)程是用戶態(tài)的線程運行框架，并不是直接操作操作系統(tǒng)級別的線程對象，大部分情況下可以不涉及線程的銷毀、創(chuàng)建、回收、線程調(diào)度等操作系統(tǒng)級別的操作，所以協(xié)程比線程對操作系統(tǒng)的資源消耗更少，運行效率也更高

    CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
        println("${Thread.currentThread().name}: test")
    }
    Thread.sleep(100)

輸出打印：
    DefaultDispatcher-worker-1: test

上面為最簡單的協(xié)程使用例子，作用域（CoroutineScope）指定一種類型的派發(fā)器（Dispatchers），lambda表達式里面的任務就會在所指定的線程/線程池里面執(zhí)行，launch返回一個 Job 對象，Job 對象可以獲取協(xié)程任務的運行狀態(tài)、開始或者取消協(xié)程

一：協(xié)程上下文（CoroutineContext）

協(xié)程上下文的作用：資源獲取，配置管理等工作，是執(zhí)行環(huán)境的通用數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理者。是協(xié)程運行必須設置的參數(shù)。
以下對象本質(zhì)上都是協(xié)程上下文

  • Job 協(xié)程句柄
  • CoroutineName 協(xié)程名稱
  • CoroutineDispatcher 協(xié)程調(diào)度器
  • CoroutineExceptionHandler 協(xié)程異常處理器

launch函數(shù)里面實現(xiàn)了操作符重載，支持以上多種類型的上下文進行 + 操作，結(jié)合后的協(xié)程上下文變成 [xxxxxxx,xxxxxxxx,xxxxxxxx] 形式

public fun CoroutineScope.launch(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job {
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else
        StandaloneCoroutine(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}

第一個參數(shù)是協(xié)程上下文，可以指定 Dispatcher 類型

派發(fā)器的分類：
* Dispatchers.Default : 默認的派發(fā)器，會將協(xié)程派發(fā)到默認的線程池進行調(diào)度和執(zhí)行
* Dispatchers.Main : 主線程派發(fā)器，會將協(xié)程派發(fā)到主線程調(diào)度和執(zhí)行，Kotlin 默認沒有實現(xiàn)該調(diào)度器，需要實際的接入方提供具體的實現(xiàn)，針對 Android 開發(fā)來說，需要額外添加 kotlinx-coroutines-android 的運行時依賴
* Dispatchers.Unconfined : 未限定協(xié)程執(zhí)行線程的派發(fā)器，該派發(fā)器會在調(diào)用線程中執(zhí)行該協(xié)程，當協(xié)程被掛起后，恢復時所在的線程由掛起函數(shù)決定（在掛起時，由掛起函數(shù)決定要將該協(xié)程派發(fā)到哪個線程執(zhí)行）
* Dispatchers.IO : IO 派發(fā)器，和 Default 派發(fā)器共用執(zhí)行線程池，默認為 64 和虛擬機中可用的處理器核心數(shù)中的最大值

第二個參數(shù)是調(diào)度策略，可以指定 CoroutineStart 類型

調(diào)度策略分類：
* CoroutineStart.DEFAULT : 默認的調(diào)度策略，會立刻將協(xié)程調(diào)度進入目標線程/線程池中的任務隊列，等待執(zhí)行，在實際執(zhí)行之前可以通過 Job.cancel 方法取消。
* CoroutineStart.LAZY: 懶調(diào)度策略，只有當協(xié)程需要被執(zhí)行的時候才會進行調(diào)度，調(diào)用方可以通過 Job.start 方法來觸發(fā)調(diào)度
* CoroutineStart. ATOMIC: 自動調(diào)度，和 DEFAULT 策略類似，會立刻調(diào)度協(xié)程到任務隊列中，區(qū)別在于該調(diào)度策略在協(xié)程實際執(zhí)行前無法取消
* CoroutineStart.UNDISPATCHED: 立刻在當前調(diào)用線程中執(zhí)行該協(xié)程，直到協(xié)程遇到第一個掛起函數(shù)，恢復時根據(jù)協(xié)程上下文中的派發(fā)器來決定要將協(xié)程派發(fā)到哪個線程/線程池中繼續(xù)執(zhí)行。類似于 Unconfined 派發(fā)器的作用，區(qū)別在于該策略在協(xié)程掛起并恢復后的執(zhí)行線程由協(xié)程派發(fā)器決定。

二：調(diào)度原理

關(guān)鍵路徑

CoroutineStart.invoke -> CancellableKt.startCoroutineCancellable -> 
生成 Continuation 對象 -> resumeCancellableWith -> 進入 dispatch 任務分發(fā)流程 -> 
CoroutineScheduler. dispatch -> 創(chuàng)建任務、將任務添加到隊列、執(zhí)行任務 -> DispatchedTask.run -> 
BaseContinuationImpl.resumeWith -> BaseContinuationImpl. invokeSuspend -> 執(zhí)行 掛起函數(shù)，就是外部傳進來的 lambda 表達式

反編譯后，可以看到最終執(zhí)行的是 invokSuspend 函數(shù)

public final class CoroutinePrincipleKt {
   public static final void main() {
      Job job = BuildersKt.launch(CoroutineScopeKt.CoroutineScope((CoroutineContext)EmptyCoroutineContext.INSTANCE), (CoroutineContext)Dispatchers.getIO(), CoroutineStart.LAZY, (Function2)(new Function2((Continuation)null) {
         int label;

         @Nullable
         public final Object invokeSuspend(@NotNull Object var1) {
            Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
            switch (this.label) {
               case 0:
                  ResultKt.throwOnFailure(var1);
                  StringBuilder var10000 = new StringBuilder();
                  Thread var10001 = Thread.currentThread();
                  Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10001, "Thread.currentThread()");
                  String var2 = var10000.append(var10001.getName()).append(": test11").toString();
                  System.out.println(var2);
                  return Unit.INSTANCE;
               default:
                  throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
            }
         }

         @NotNull
         public final Continuation create(@Nullable Object value, @NotNull Continuation completion) {
            Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
            Function2 var3 = new <anonymous constructor>(completion);
            return var3;
         }

         public final Object invoke(Object var1, Object var2) {
            return ((<undefinedtype>)this.create(var1, (Continuation)var2)).invokeSuspend(Unit.INSTANCE);
         }
      }));
      job.start();
      Thread.sleep(100L);
   }

   // $FF: synthetic method
   public static void main(String[] var0) {
      main();
   }
}

三：掛起、恢復

協(xié)程之所以高效的原因

    CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
        println("${Thread.currentThread().id} : coroutine1 log 1")
        delay(200)
        print("${Thread.currentThread().id} : coroutine1 log 2")
    }

    Thread.sleep(80)

    CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
        println("${Thread.currentThread().id} : coroutine2 log 1")
    }

    Thread.sleep(500)

運行上面的代碼后，會出現(xiàn)以下打印

10 : coroutine1 log 1
10 : coroutine2 log 1
10 : coroutine1 log 2

從打印的結(jié)果看到，協(xié)程做到了在不阻塞當前線程的情況下，實現(xiàn)了任務的掛起，另一個任務可以運行在相同的線程下，并且掛起結(jié)束后，掛起任務可以繼續(xù)在當前線程運行。
用同步的方式，實現(xiàn)了異步的效果，中間不涉及線程切換等操作系統(tǒng)級別的操作。

問題一：為什么協(xié)程會知道需要執(zhí)行另一個任務？
DefaultExecutor 內(nèi)部有單線程輪詢堆頂任務，通過 delay 時間比較，確保能及時運行任務隊列里面的任務。如果當前任務等待時間還沒到，就會運行其他等待時間更少或者無需等待的任務

問題二：協(xié)程怎么知道恢復后，到底需要從哪里繼續(xù)執(zhí)行剩余邏輯？

BuildersKt.launch$default(CoroutineScopeKt.CoroutineScope((CoroutineContext)Dispatchers.getDefault()), (CoroutineContext)null, (CoroutineStart)null, (Function2)(new Function2((Continuation)null) {
         int label;

         @Nullable
         public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
            Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
            StringBuilder var10000;
            Thread var10001;
            String var2;
            switch (this.label) {
               case 0:
                  ResultKt.throwOnFailure($result);
                  var10000 = new StringBuilder();
                  var10001 = Thread.currentThread();
                  Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10001, "Thread.currentThread()");
                  var2 = var10000.append(var10001.getId()).append(" : coroutine1 log 1").toString();
                  System.out.println(var2);
                  // 執(zhí)行完第一行 log 的打印，準備執(zhí)行 delay 函數(shù)掛起協(xié)程，這里把 label 設置為 1
                  this.label = 1;
                  if (DelayKt.delay(200L, this) == var3) {
                     return var3;
                  }
                  break;
               case 1:
                  ResultKt.throwOnFailure($result);
                  break;
               default:
                  throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
            }

            var10000 = new StringBuilder();
            var10001 = Thread.currentThread();
            Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10001, "Thread.currentThread()");
            var2 = var10000.append(var10001.getId()).append(" : coroutine1 log 2").toString();
            System.out.print(var2);
            return Unit.INSTANCE;
         }

         @NotNull
         public final Continuation create(@Nullable Object value, @NotNull Continuation completion) {
            Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
            Function2 var3 = new <anonymous constructor>(completion);
            return var3;
         }

         public final Object invoke(Object var1, Object var2) {
            return ((<undefinedtype>)this.create(var1, (Continuation)var2)).invokeSuspend(Unit.INSTANCE);
         }
      }), 3, (Object)null);

執(zhí)行完掛起點后，會將 label 自增，實現(xiàn)恢復后執(zhí)行掛起點之后的邏輯
本質(zhì)上就是維護一個狀態(tài)機，通過 label 字段實現(xiàn)多個掛起點的邏輯還原

四、異常處理

        // 創(chuàng)建一個協(xié)程異常處理上下文
        val coroutineExceptionHandler = CoroutineExceptionHandler { coroutineContext, throwable ->
            val coroutineName = coroutineContext[CoroutineName]?.name
            println("$coroutineName occurred exception: $throwable")
        }
        CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch(coroutineExceptionHandler + CoroutineName("My coroutine")) {
            println("${Thread.currentThread().name}: coroutine test 1")
            throw RuntimeException("test exception")
        }

        Thread.sleep(1000)

打印結(jié)果：

DefaultDispatcher-worker-1: coroutine test 1
My coroutine occurred exception: java.lang.RuntimeException: test exception

如果外部不設置異常處理邏輯，協(xié)程內(nèi)部會有默認的異常兜底

五、協(xié)程作用域

CoroutineScope 的作用是方便批量管理協(xié)程，每一個作用域都有一個根 Job，作用域內(nèi)創(chuàng)建的協(xié)程會作為子 Job 添加到根 Job 上。
如果根 Job 被取消，則這個作用域下的 Job 對象，也會被取消。

作用域的分類：

* runBlocking：頂層函數(shù)，它的第二個參數(shù)為接收者是CoroutineScope的函數(shù)字面量，可啟動協(xié)程。但是它會阻塞當前線程，主要用于測試。
* GlobalScope：全局協(xié)程作用域，通過GlobalScope創(chuàng)建的協(xié)程不會有父協(xié)程，可以把它稱為根協(xié)程。它啟動的協(xié)程的生命周期只受整個應用程序的生命周期的限制，且不能取消，在運行時會消耗一些內(nèi)存資源，這可能會導致內(nèi)存泄露，所以仍不適用于業(yè)務開發(fā)。
* coroutineScope：創(chuàng)建一個獨立的協(xié)程作用域，直到所有啟動的協(xié)程都完成后才結(jié)束自身。它是一個掛起函數(shù)，需要運行在協(xié)程內(nèi)或掛起函數(shù)內(nèi)。當這個作用域中的任何一個子協(xié)程失敗時，這個作用域失敗，所有其他的子程序都被取消。為并行分解工作而設計的。
* supervisorScope：與coroutineScope類似，不同的是子協(xié)程的異常不會影響父協(xié)程，也不會影響其他子協(xié)程。（作用域本身的失敗(在block或取消中拋出異常)會導致作用域及其所有子協(xié)程失敗，但不會取消父協(xié)程。）
* MainScope：為UI組件創(chuàng)建主作用域。一個頂層函數(shù)，上下文是SupervisorJob() + Dispatchers.Main，說明它是一個在主線程執(zhí)行的協(xié)程作用域，通過cancel對協(xié)程進行取消。推薦使用。

如果是Android運行環(huán)境，還有

* lifecycleScope：Lifecycle Ktx庫提供的具有生命周期感知的協(xié)程作用域，與Lifecycle綁定生命周期，生命周期被銷毀時，此作用域?qū)⒈蝗∠?。會與當前的UI組件綁定生命周期，界面銷毀時該協(xié)程作用域?qū)⒈蝗∠粫斐蓞f(xié)程泄漏，推薦使用。
* viewModelScope：與lifecycleScope類似，與ViewModel綁定生命周期，當ViewModel被清除時，這個作用域?qū)⒈蝗∠?。推薦使用。

以上兩個 Android 環(huán)境的作用域，會和界面、ViewModel 綁定，如果界面銷毀、ViewModel 銷毀，自身的作用域也會銷毀

最后編輯于 ：
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成，瀏覽時請結(jié)合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明：文章內(nèi)容（如有圖片或視頻亦包括在內(nèi)）由作者上傳并發(fā)布，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點，簡書系信息發(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務。

相關(guān)閱讀更多精彩內(nèi)容

友情鏈接更多精彩內(nèi)容