探秘Kotlin协程机制

什么是协程

场景1：异步回调嵌套

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//客户端顺序进行三次网络异步请求，并用最终结果更新UI
request1(paramter){ value1->request2(value1){ value2->request3(value2){ value3->updateUI(value3)}}
}

这种多个回调嵌套耦合非常不利于代码的维护和阅读

协程的写法

GlobalScope.launch(Dispatcher.Main){val value1 = request1()val value2 = request(value1)val value3 = request(value2)updateUI(value3)
}suspend request1()
suspend request2(..)
suspend request3(..)

场景2：并发流程控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d0W62Zk0-1641110474367)(image-20211209145312666.png)]

fun request1(parameter){ value1 ->request2(value1) { value2 ->this.value2 = value2if(request3){updateUI()}             }request3(value1){ value3 ->this.value3 = value3if(request2){updateUI()}             }
}fun updateUI()

这种同时有回调嵌套和并发流控制很容易造成数据的不同步

协程的写法

GlobalScope.launch(Dispatchers.Main){val value1 = request1()val deferred2 = GlobalScope.async{request2(value1)}val deferred3 = GlobalScope.async{request3(value1)}updateUI(deferred2.await(),deferred3.await())
}suspend request1()
suspend request2(..)
suspend request3(..)

协程的目的是为了让多个任务之间更好的协作，解决异步回调嵌套。能够以同步的方式编排代码完成异步工作。将异步工作像同步代码一样直观，同时它也是一个并发流程控制的解决方案

协程主要是让原来要使用“异步+回调”写出来的复杂代码，简化成看似同步写出来的方式，弱化了线程的概念（对线程操作进一步抽象）

协程的用法

引入gradle依赖

implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-core:1.6.0-RC'
implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.6.0-RC'

常用创建协程的方法

//创建协程时，可以通过Dispatchers.IO、Dispatchers.Main、Dispatchers.Unconfined指定协程运行的线程
val job:Job = GlobalScope.launch(Dispatchers.Main)
val deffered:Deffered = GlobalScope.async(Dispatchers.IO)

Job：协程构建函数的返回值，可以把Job看成协程对象本身，包含了对协程的控制方法

Deffered 是Job的子类，增加了await方法，能够让当前协程暂时挂起，暂停往下执行。当await方法有返回值后再恢复协程，继续往下执行

协程的启动

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) elseStandaloneCoroutine(newContext, active = true)coroutine.start(start, coroutine, block)return coroutine
}

CoroutineContext - 可以理解为协程的上下文，是一种key-value数据结构
CoroutineStart - 启动模式，默认是DEFAULT，也就是创建就启动

模式	说明
DEFAULT	默认模式，创建即启动协程，可随时取消
ATOMIC	自动模式，同样创建即启动，但启动前不可取消
LAZY	延迟启动模式，只有当调用start方法时才会启动

协程挂起、恢复原理

挂起函数

被关键字suspend修饰的方法在编译阶段，编译器会修改方法的返回值、修饰符、入参、方法实现。协程的挂起是靠挂起函数中代码的实现

suspend fun request(): String {delay(2 * 1000L)println("after delay")return "result from request1"}
/**
* 被suspend修饰的request方法经过反编译后稍加修饰后的代码
*/
public static final Object request(Continuation completion) {//增加了Continuation参数，返回值变成了ObjectContinuationImpl requestContinuation = completion;if((completion.label & Integer.MIN_VALUE) == 0) {requestContinuation = new ContinuationImpl(completion) {@OverrideObject invokeSuspend(Object o){//会通过DelayKt.delay传入的ContinuationImpl经过resumeWith回调到这。协程被恢复label |= Integer.MIN_VALUE;//重新给label赋值，以便继续执行协程被挂起之后未运行的代码return request(this);}};}switch (requestContinuation.label) {case 0: {requestContinuation.label = 1;Object delay = DelayKt.delay(2000,requestContinuation);if (delay == COROUTINE_SUSPENDED){//协程被挂起return COROUTINE_SUSPENDED;}}}System.out.println("after delay")//执行协程被挂起之后的代码return "result from request1"
}

协程的挂起与恢复

协程的核心是挂起、恢复。挂起、恢复的本质是return & callback 回调

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代码原理剖析

示例代码

object CoroutineScene2 {    private val TAG: String = "CoroutineScene2"    suspend fun request2(): String {        delay(2*1000)        Log.e(TAG, "request2 completed")        return "result from request2"    }}

上述代码反编译结果如下：

public final class CoroutineScene2 {    private static final String TAG;    @NotNull    public static final CoroutineScene2 INSTANCE;    public final Object request2(@NotNull Continuation var1) {          Object $continuation;          label20: {             if (var1 instanceof <undefinedtype>) {//判断continuation是否被封装过ContinuationImpl，避免协程恢复的时候重复封装                $continuation = (<undefinedtype>)var1;                if ((((<undefinedtype>)$continuation).label & Integer.MIN_VALUE) != 0) {                   ((<undefinedtype>)$continuation).label -= Integer.MIN_VALUE;                   break label20;                }             }             $continuation = new ContinuationImpl(var1) {//将Continuation包装成ContinuationImpl并添加invokeSuspend                // $FF: synthetic field                Object result;                int label;                @Nullable                public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {                   this.result = $result;                   this.label |= Integer.MIN_VALUE;                   return CoroutineScene2.this.request2(this);//协程恢复执行                }             };          }          Object $result = ((<undefinedtype>)$continuation).result;          Object var4 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();//var4赋值成COROUTINE_SUSPENDED          switch(((<undefinedtype>)$continuation).label) {//label默认值是0          case 0:             ResultKt.throwOnFailure($result);             ((<undefinedtype>)$continuation).label = 1;//将label赋值成1             if (DelayKt.delay(2000L, (Continuation)$continuation) == var4) {//DelayKt是异步IO操作会返回COROUTINE_SUSPENDED导致协程挂起                return var4;//request2执行结束，协程挂起             }             break;          case 1:             ResultKt.throwOnFailure($result);             break;          default:             throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");          }          Log.e(TAG, "request2 completed");          return "result from request2";       }}

request2 在添加 suspend 关键字之后编译器会给方法的参数增加一个 Continuation 参数，并且返回值变成了Object，方法实现也做了变化，这个过程被称为：CPS 转换(Continuation-Passing-Style Transformation)。request2 调用进来之后会将传进来的Continuation包装成ContinuationImpl并且添加了invokeSuspend方法，这个方法会在ContinuationImpl调用resumeWith恢复协程的时候被回调。

Continuation封装完之后会调用 DelayKt.delay，因为delay会返回COROUTINE_SUSPENDED将协程挂起，所以request执行到这个地方就return结束了。后面DelayKt在经过2秒的延时之后会通过传进来的ContinuationImpl 调用resumeWith，resumeWith又会调用invokeSuspend，最终将协程恢复。在invokeSuspend中又重新调用request2，将协程被挂起之后的代码继续执行。

总结

什么是协程

协程是一种解决嵌套、并发弱化线程概念的解决方案。能让多个任务之间更好的协作，能够以同步的方式编排代码完成异步工作。将异步代码写的像同步代码一样直观
协程与线程的区别是什么？

协程基于线程，但相对于线程轻量很多，可理解为在用户层模拟线程操作。
每创建一个协程，都有一个内核态线程动态绑定，用户态下实现调度、切换，真正执行任务的还是内核线程。
线程的上下文切换都需要内核参与，而协程的上下文切换，完全由用户去控制，避免了大量的中断参与，减少了线程上下文切换与调度消耗的资源。
线程是操作系统层面的概念，协程是语言层面的概念

线程与协程最大的区别在于：线程是被动挂起恢复，协程是主动挂起恢复
协程的启动

根据创建协程指定的调度器HandlerDispacher，DefaultScheduler，UnconfinedDispatcher 来执行任务，以决定协程中的代码块运行在哪个线程上。
协程的挂起和恢复

本质是方法的挂起、恢复。本质是return+callback

用编译时的变换处理方法间的callback，这样可以很直观的写顺序执行的异步代码。
suspend修饰的方法一定会让协程挂起吗？

只要被suspend修饰的函数都是挂起函数，但是不是所有挂起函数都会被挂起。只有当挂起函数里包含异步操作时，它才会被真正挂起。由于 suspend 修饰的函数，既可能返回 CoroutineSingletons.COROUTINE_SUSPENDED，表示挂起；也可能返回同步运行的结果，甚至可能返回 null，所以被suspend修饰的函数的返回值会被编译器改成Object，以适配所有返回值类型