Kotlin实战指南十三：协程

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本文出自【赵彦军的博客】

文章目录

前言-协程介绍
主流语言对协程的支持
Android 项目引用
创建一个协程
取消协程工作
launch 参数详解
线程调度器 Dispatchers
withContext
withContext 的性能
综合演练
协程到底是什么
参考资料

前言-协程介绍

协程又称微线程，从名字可以看出，协程的粒度比线程更小，并且是用户管理和控制的，多个协程可以运行在一个线程上面。那么协程出现的背景又是什么呢，先来看一下目前线程中影响性能的特性：

使用锁机制
线程间的上下文切换
线程运行和阻塞状态的切换

以上任意一点都是很消耗cpu性能的。相对来说协程是由程序自身控制，没有线程切换的开销，且不需要锁机制，因为在同一个线程中运行，不存在同时写变量冲突，在协程中操作共享资源不加锁，只需要判断状态就行了，所以执行效率比线程高的多。

But , But , But , But , But , But , But , But , But , But , But .......

在 kotlin 语言环境下，协程仅仅是一个线程框架 , 并没有什么高深的东西，这一点会把很多初学者搞晕。

主流语言对协程的支持

Lua语言

Lua从5.0版本开始使用协程，通过扩展库coroutine来实现。

Python语言

python可以通过 yield/send 的方式实现协程。在python 3.5以后，async/await 成为了更好的替代方案。

Go语言

Go语言对协程的实现非常强大而简洁，可以轻松创建成百上千个协程并发执行。

Java语言

如上文所说，Java语言并没有对协程的原生支持，但是某些开源框架模拟出了协程的功能，有兴趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源码：https://github.com/kilim/kilim

C/C++

c/c++需要自己借助ucontext、setjmp、longjmp库实现，微信开源了c/c++的协程库libco。

Android 项目引用

Kotlin 协程库的GitHub地址：https://github.com/Kotlin/kotlinx.coroutines/tree/master/ui/kotlinx-coroutines-android

Gradle 引用

implementation "org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.2.1"

创建一个协程

class MainActivity : AppCompatActivity() {var tv1: TextView? = nulloverride fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)setContentView(R.layout.activity_main)tv1 = findViewById(R.id.tv1)//在主线程启动一个协程GlobalScope.launch(Dispatchers.Main) {// launch coroutine in the main threadfor (i in 10 downTo 1) { // countdown from 10 to 1tv1?.text = "Countdown $i ..." // update textdelay(1000) // wait a second}tv1?.text = "Done!"}}
}

如果你仔细观察，你会发现，耗时操作和更新UI 放在一起执行了，纳尼？
你会有这样的疑问，怎么没有线程切换，这难道不会卡顿吗？
答案是不会的，这就是协程的牛逼之处。

还有一点需要注意，上面的代码中，我们使用 delay(1000) 来做延时操作，delay 是一个特殊的函数，这里暂且称之为挂起函数，它不会阻塞线程，但是会挂起协程，而且它只能在协程中使用。

再延伸一点，我们能否用 Thread.sleep(1000) 来代替 delay(1000) , 答案是不能的。我们的协程是在主线程的基础上创建的，本质上是主线程的小逻辑单元，用 Thread.sleep(1000) 会直接卡死 UI 主线程。

取消协程工作

在java开发Android应用时，我们用子线程执行耗时操作，当然我们也会中断子线程来达到取消耗时操作的目的。
那么我们在协程中执行耗时操作的时候，改怎么取消呢？

GlobalScope.launch 的返回值是 Job 对象，用 job.cancel() 来取消协程。例子如下：

class MainActivity : AppCompatActivity() {var tv1: TextView? = nullvar mCancelButton: Button? = nulloverride fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)setContentView(R.layout.activity_main)tv1 = findViewById(R.id.tv1)mCancelButton = findViewById(R.id.cancel)//在主线程启动一个协程var job = GlobalScope.launch(Dispatchers.Main) {// launch coroutine in the main threadfor (i in 10 downTo 1) { // countdown from 10 to 1tv1?.text = "Countdown $i ..." // update textdelay(1000) // wait a second}tv1?.text = "Done!"}mCancelButton?.setOnClickListener {job.cancel() //取消协程工作mCancelButton?.text = "已经取消了"}}
}

launch 参数详解

在上文中，我们已经学会了使用 GlobalScope.launch 创建一个协程，下面我们来看看创建协程所需要的参数,launch 的参数有三个，依次为协程上下文、协程启动模式、协程体：

public fun CoroutineScope.launch(context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,  //上下文`start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,   //启动模式block: suspend CoroutineScope.() -> Unit   //协程体
): Job

启动模式不是一个很复杂的概念，不过我们暂且不管，默认直接允许调度执行。

上下文可以有很多作用，包括携带参数，拦截协程执行等等，多数情况下我们不需要自己去实现上下文，只需要使用现成的就好。上下文有一个重要的作用就是线程切换，Dispatchers.Main就是一个官方提供的上下文，它可以确保 launch 启动的协程体运行在UI线程当中（除非你自己在 launch 的协程体内部进行线程切换、或者启动运行在其他有线程切换能力的上下文的协程）。

协程体就是我们具体执行的代码

线程调度器 Dispatchers

上面我们创建协程的时候，用的是：

GlobalScope.launch(Dispatchers.Main) {//do some things
}

为了指定coroutines在什么线程运行，kotlin提供了四种Dispatchers：

Dispatchers	用途	使用场景
Dispatchers.Main	主线程，和UI交互，执行轻量任务	1.call suspend functions。2. call UI functions。 3. Update LiveData
Dispatchers.IO	用于网络请求和文件访问	1. Database。 2.Reading/writing files。3. Networking
Dispatchers.Default	CPU密集型任务	1. Sorting a list。 2.Parsing JSON。 3.DiffUtils
Dispatchers.Unconfined	不限制任何制定线程	高级调度器，不应该在常规代码里使用

withContext

上面的部分，我们介绍了调度器 Dispatchers , 那么具体是怎么切换线程的，就是用 withContext 函数。

public suspend fun <T> withContext(context: CoroutineContext,block: suspend CoroutineScope.() -> T
):

withContext 被 suspend 修饰，说明 suspend 是一个挂起函数。

withContext(Dispatchers.IO) 定义一段代码块，这个代码块将在调度器 Dispatchers.IO中运行,方法块中的任何代码总是会运行在 IO调度器中。

举个例子：

// Dispatchers.Main
suspend fun fetchDocs() {// Dispatchers.Mainval result = get("developer.android.com")// Dispatchers.Mainshow(result)
}// Dispatchers.Main
suspend fun get(url: String) =// Dispatchers.IOwithContext(Dispatchers.IO) {// Dispatchers.IO/* perform blocking network IO here */}// Dispatchers.Main
}

通过协程，你可以细粒度的控制线程调度，因为 withContext 让你可以控制任意一行代码运行在什么线程上，而不用引入回调来获取结果。你可将其应用在很小的函数中，例如数据库操作和网络请求。所以，比较好的做法是，使用 withContext确保每个函数在任意调度器上执行都是安全的，包括 Main，这样调用者在调用函数时就不需要考虑应该运行在什么线程上。

withContext 的性能

对于提供主线程安全性，withContext 与回调或 RxJava一样快。在某些情况下，甚至可以使用协程上下文 withContext 来优化回调。如果一个函数将对数据库进行10次调用，那么您可以告诉 Kotlin在外部的 withContext中调用一次切换。尽管数据库会重复调用 withContext，但是他它将在同一个调度器下，寻找最快路径。此外，Dispatchers.Default和 Dispatchers.IO 之间的协程切换已经过优化，以尽可能避免线程切换。

综合演练

下面我们来模拟一个真实的网络请求

class MainActivity : AppCompatActivity() {override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)setContentView(R.layout.activity_main)//在子线程启动一个协程GlobalScope.launch(Dispatchers.IO) {//发起一个网络请求var result = HttpUtil.get("https://www.baidu.com")Log.e("zhaoyanjun:22", "${Thread.currentThread().name}")withContext(Dispatchers.Main) {//网络请求成功以后，到主线程更新UILog.e("zhaoyanjun:33", "${Thread.currentThread().name}")}//再次回到子线程的协程Log.e("zhaoyanjun:44", "${Thread.currentThread().name}")}}
}

日志打印结果：

E/zhaoyanjun:22: DefaultDispatcher-worker-2
E/zhaoyanjun:33: main
E/zhaoyanjun:44: DefaultDispatcher-worker-2

协程到底是什么

好，坚持读到这里的朋友们，你们一定是异步代码的“受害者”，你们肯定遇到过“回调地狱”，它让你的代码可读性急剧降低；也写过大量复杂的异步逻辑处理、异常处理，这让你的代码重复逻辑增加；因为回调的存在，还得经常处理线程切换，这似乎并不是一件难事，但随着代码体量的增加，它会让你抓狂，线上上报的异常因线程使用不当导致的可不在少数。

而协程可以帮你优雅的处理掉这些。

简单来说就是，协程是一种非抢占式或者说协作式的计算机程序并发调度的实现，程序可以主动挂起或者恢复执行。这里还是需要有点儿操作系统的知识的，我们在 Java 虚拟机上所认识到的线程大多数的实现是映射到内核的线程的，也就是说线程当中的代码逻辑在线程抢到 CPU 的时间片的时候才可以执行，否则就得歇着，当然这对于我们开发者来说是透明的；而经常听到所谓的协程更轻量的意思是，协程并不会映射成内核线程或者其他这么重的资源，它的调度在用户态就可以搞定，任务之间的调度并非抢占式，而是协作式的。

如果大家熟悉 Java 虚拟机的话，就想象一下 Thread 这个类到底是什么吧，为什么它的 run 方法会运行在另一个线程当中呢？谁负责执行这段代码的呢？显然，咋一看，Thread 其实是一个对象而已，run 方法里面包含了要执行的代码——仅此而已。协程也是如此，如果你只是看标准库的 API，那么就太抽象了，但我们开篇交代了，学习协程不要上来去接触标准库，kotlinx.coroutines 框架才是我们用户应该关心的，而这个框架里面对应于 Thread 的概念就是 Job 了，大家可以看下它的定义：

public interface Job : CoroutineContext.Element {...public val isActive: Booleanpublic val isCompleted: Booleanpublic val isCancelled: Booleanpublic fun start(): Booleanpublic fun cancel(cause: CancellationException? = null)public suspend fun join()...
}

我们再来看看 Thread 的定义：

public class Thread implements Runnable {...    public final native boolean isAlive();public synchronized void start() { ... }@Deprecatedpublic final void stop() { ... }public final void join() throws InterruptedException  { ... }...
}

这里我们非常贴心的省略了一些注释和不太相关的接口。我们发现，Thread 与 Job 基本上功能一致，它们都承载了一段代码逻辑（前者通过 run 方法，后者通过构造协程用到的 Lambda 或者函数），也都包含了这段代码的运行状态。
而真正调度时二者才有了本质的差异，具体怎么调度，我们只需要知道调度结果就能很好的使用它们了。

参考资料

Kotlin中文社区 https://www.jianshu.com/p/086a0d681f29

高杰：在Android中使用协程 https://juejin.im/post/5cea3ee0f265da1bca51b841

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