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前言

kotlin的協(xié)程在初學者看來是一個很神奇的東西，居然能做到用同步的代碼塊實現(xiàn)異步的調(diào)用，其實深入了解你會發(fā)現(xiàn)kotlin協(xié)程本質(zhì)上是通過函數(shù)式編程的風格對Java線程池的一種封裝，這樣會帶來很多好處，首先是函數(shù)式+響應式編程風格避免了回調(diào)地獄，這也可以說是實現(xiàn)promise，future等語言(比如js)的進一步演進。其次是能夠避免開發(fā)者的失誤導致的線程切換過多的性能損失。

那么我們就來看看協(xié)程

一、協(xié)程(Coroutines)是什么

1、協(xié)程是輕量級線程

• 協(xié)程是一種并發(fā)設計模式，您可以在 Android 平臺上使用它來簡化異步執(zhí)行的代碼。
• 協(xié)程就是方法調(diào)用封裝成類線程的API。方法調(diào)用當然比線程切換輕量;而封裝成類線程的API后，它形似線程(可手動啟動、有各種運行狀態(tài)、能夠協(xié)作工作、能夠并發(fā)執(zhí)行)。因此從這個角度說，它是輕量級線程沒錯;
• 當然，協(xié)程絕不僅僅是方法調(diào)用，因為方法調(diào)用不能在一個方法執(zhí)行到一半時掛起，之后又在原點恢復。這一點可以使用EventLoop之類的方式實現(xiàn)。想象一下在庫級別將回調(diào)風格或Promise/Future風格的異步代碼封裝成同步風格，封裝的結(jié)果就非常接近協(xié)程;

2、線程運行在內(nèi)核態(tài)，協(xié)程運行在用戶態(tài)

主要明白什么叫用戶態(tài)，我們寫的幾乎所有代碼，都執(zhí)行在用戶態(tài)，協(xié)程對于操作系統(tǒng)來說僅僅是第三方提供的庫而已，當然運行在用戶態(tài)。而線程是操作系統(tǒng)級別的東西，運行在內(nèi)核態(tài)。

3、協(xié)程是一個線程框架

Kotlin的協(xié)程庫可以指定協(xié)程運行的線程池，我們只需要操作協(xié)程，必要的線程切換操作交給庫，從這個角度來說，協(xié)程就是一個線程框架

4、協(xié)程實現(xiàn)

協(xié)程，顧名思義，就是相互協(xié)作的子程序，多個子程序之間通過一定的機制相互關聯(lián)、協(xié)作地完成某項任務。比如一個協(xié)程在執(zhí)行上可以被分為多個子程序，每個子程序執(zhí)行完成后主動掛起，等待合適的時機再恢復;一個協(xié)程被掛起時，線程可以執(zhí)行其它子程序，從而達到線程高利用率的多任務處理目的——協(xié)程在一個線程上執(zhí)行多個任務，而傳統(tǒng)線程只能執(zhí)行一個任務，從多任務執(zhí)行的角度，協(xié)程自然比線程輕量;

5、協(xié)程解決的問題

同步的方式寫異步代碼。如果不使用協(xié)程，我們目前能夠使用的API形式主要有三種：純回調(diào)風格(如AIO)、RxJava、Promise/Future風格，他們普遍存在回調(diào)地獄問題，解回調(diào)地獄只能通過行數(shù)換層數(shù)，且對于不熟悉異步風格的程序員來說，能夠看懂較為復雜的異步代碼就比較費勁。

6、協(xié)程優(yōu)點

• 輕量：您可以在單個線程上運行多個協(xié)程，因為協(xié)程支持掛起，不會使正在運行協(xié)程的線程阻塞。掛起比阻塞節(jié)省內(nèi)存，且支持多個并行操作。
• 內(nèi)存泄漏更少：使用結(jié)構(gòu)化并發(fā)機制在一個作用域內(nèi)執(zhí)行多項操作。
• 內(nèi)置取消支持：取消操作會自動在運行中的整個協(xié)程層次結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播。
• Jetpack 集成：許多 Jetpack 庫都包含提供全面協(xié)程支持的擴展。某些庫還提供自己的協(xié)程作用域，可供您用于結(jié)構(gòu)化并發(fā);

二、協(xié)程使用

依賴 
dependencies { 
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.3.9' 
} 

協(xié)程需要運行在協(xié)程上下文環(huán)境，在非協(xié)程環(huán)境中憑空啟動協(xié)程，有三種方式

1、runBlocking{}

啟動一個新協(xié)程，并阻塞當前線程，直到其內(nèi)部所有邏輯及子協(xié)程邏輯全部執(zhí)行完成。

該方法的設計目的是讓suspend風格編寫的庫能夠在常規(guī)阻塞代碼中使用，常在main方法和測試中使用。

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { 
    super.onCreate(savedInstanceState) 
    setContentView(R.layout.activity_main) 
    Log.e(TAG, "主線程id：${mainLooper.thread.id}") 
    test() 
    Log.e(TAG, "協(xié)程執(zhí)行結(jié)束") 
} 
private fun test() = runBlocking { 
    repeat(8) { 
        Log.e(TAG, "協(xié)程執(zhí)行$it 線程id：${Thread.currentThread().id}") 
        delay(1000) 
    } 
} 

runBlocking啟動的協(xié)程任務會阻斷當前線程，直到該協(xié)程執(zhí)行結(jié)束。當協(xié)程執(zhí)行結(jié)束之后，頁面才會被顯示出來。

2、GlobalScope.launch{}

在應用范圍內(nèi)啟動一個新協(xié)程，協(xié)程的生命周期與應用程序一致。這樣啟動的協(xié)程并不能使線程?；?，就像守護線程。

由于這樣啟動的協(xié)程存在啟動協(xié)程的組件已被銷毀但協(xié)程還存在的情況，極限情況下可能導致資源耗盡，因此并不推薦這樣啟動，尤其是在客戶端這種需要頻繁創(chuàng)建銷毀組件的場景。

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { 
    super.onCreate(savedInstanceState) 
    setContentView(R.layout.activity_main) 
    Log.e(TAG, "主線程id：${mainLooper.thread.id}") 
    val job = GlobalScope.launch { 
        delay(6000) 
        Log.e(TAG, "協(xié)程執(zhí)行結(jié)束 -- 線程id：${Thread.currentThread().id}") 
    } 
    Log.e(TAG, "主線程執(zhí)行結(jié)束") 
} 

//Job中的方法 
job.isActive 
job.isCancelled 
job.isCompleted 
job.cancel() 
jon.join() 

從執(zhí)行結(jié)果看出，launch不會阻斷主線程。

下面我們來總結(jié)launch

我們看一下launch方法的定義：

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 
} 

從方法定義中可以看出，launch() 是CoroutineScope的一個擴展函數(shù)，CoroutineScope簡單來說就是協(xié)程的作用范圍。launch方法有三個參數(shù)：1.協(xié)程下上文;2.協(xié)程啟動模式;3.協(xié)程體：block是一個帶接收者的函數(shù)字面量，接收者是CoroutineScope

①.協(xié)程下上文

• 上下文可以有很多作用，包括攜帶參數(shù)，攔截協(xié)程執(zhí)行等等，多數(shù)情況下我們不需要自己去實現(xiàn)上下文，只需要使用現(xiàn)成的就好。上下文有一個重要的作用就是線程切換，Kotlin協(xié)程使用調(diào)度器來確定哪些線程用于協(xié)程執(zhí)行，Kotlin提供了調(diào)度器給我們使用：
• Dispatchers.Main：使用這個調(diào)度器在 Android 主線程上運行一個協(xié)程?？梢杂脕砀耈I 。在UI線程中執(zhí)行
• Dispatchers.IO：這個調(diào)度器被優(yōu)化在主線程之外執(zhí)行磁盤或網(wǎng)絡 I/O。在線程池中執(zhí)行
• Dispatchers.Default：這個調(diào)度器經(jīng)過優(yōu)化，可以在主線程之外執(zhí)行 cpu 密集型的工作。例如對列表進行排序和解析 JSON。在線程池中執(zhí)行。
• Dispatchers.Unconfined：在調(diào)用的線程直接執(zhí)行。
• 調(diào)度器實現(xiàn)了CoroutineContext接口。

②.啟動模式

在Kotlin協(xié)程當中，啟動模式定義在一個枚舉類中：

public enum class CoroutineStart { 
    DEFAULT, 
    LAZY, 
    @ExperimentalCoroutinesApi 
    ATOMIC, 
    @ExperimentalCoroutinesApi 
    UNDISPATCHED; 
} 

一共定義了4種啟動模式，下表是含義介紹：

• DEFAULT：默認的模式，立即執(zhí)行協(xié)程體
• LAZY：只有在需要的情況下運行
• ATOMIC：立即執(zhí)行協(xié)程體，但在開始運行之前無法取消
• UNDISPATCHED：立即在當前線程執(zhí)行協(xié)程體，直到第一個 suspend 調(diào)用

③.協(xié)程體

協(xié)程體是一個用suspend關鍵字修飾的一個無參，無返回值的函數(shù)類型。被suspend修飾的函數(shù)稱為掛起函數(shù),與之對應的是關鍵字resume(恢復)，注意：掛起函數(shù)只能在協(xié)程中和其他掛起函數(shù)中調(diào)用，不能在其他地方使用。

suspend函數(shù)會將整個協(xié)程掛起，而不僅僅是這個suspend函數(shù)，也就是說一個協(xié)程中有多個掛起函數(shù)時，它們是順序執(zhí)行的?？聪旅娴拇a示例：

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { 
    super.onCreate(savedInstanceState) 
    setContentView(R.layout.activity_main) 
    GlobalScope.launch { 
        val token = getToken() 
        val userInfo = getUserInfo(token) 
        setUserInfo(userInfo) 
    } 
    repeat(8){ 
        Log.e(TAG,"主線程執(zhí)行$it") 
    } 
} 
private fun setUserInfo(userInfo: String) { 
    Log.e(TAG, userInfo) 
} 
private suspend fun getToken(): String { 
    delay(2000) 
    return "token" 
} 
private suspend fun getUserInfo(token: String): String { 
    delay(2000) 
    return "$token - userInfo" 
} 

getToken方法將協(xié)程掛起，協(xié)程中其后面的代碼永遠不會執(zhí)行，只有等到getToken掛起結(jié)束恢復后才會執(zhí)行。同時協(xié)程掛起后不會阻塞其他線程的執(zhí)行。

3.async/await:Deferred

async跟launch的用法基本一樣，區(qū)別在于：async的返回值是Deferred，將最后一個封裝成了該對象。async可以支持并發(fā)，此時一般都跟await一起使用，看下面的例子。

async和await是兩個函數(shù)，這兩個函數(shù)在我們使用過程中一般都是成對出現(xiàn)的;

async用于啟動一個異步的協(xié)程任務，await用于去得到協(xié)程任務結(jié)束時返回的結(jié)果，結(jié)果是通過一個Deferred對象返回的

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { 
    super.onCreate(savedInstanceState) 
    setContentView(R.layout.activity_main) 
    GlobalScope.launch { 
        val result1 = GlobalScope.async { 
            getResult1() 
        } 
        val result2 = GlobalScope.async { 
            getResult2() 
        } 
        val result = result1.await() + result2.await() 
        Log.e(TAG,"result = $result") 
    } 
} 
private suspend fun getResult1(): Int { 
    delay(3000) 
    return 1 
} 
private suspend fun getResult2(): Int { 
    delay(4000) 
    return 2 
} 

async是不阻塞線程的,也就是說getResult1和getResult2是同時進行的，所以獲取到result的時間是4s，而不是7s。

三、協(xié)程異常

1、因協(xié)程取消，協(xié)程內(nèi)部suspend方法拋出的CancellationException

2、常規(guī)異常，這類異常，有兩種異常傳播機制

• launch：將異常自動向父協(xié)程拋出，將會導致父協(xié)程退出
• async: 將異常暴露給用戶(通過捕獲deffer.await()拋出的異常)

例子講解

fun main() = runBlocking { 
    val job = GlobalScope.launch { // root coroutine with launch 
        println("Throwing exception from launch") 
        throw IndexOutOfBoundsException() // 我們將在控制臺打印 Thread.defaultUncaughtExceptionHandler 
    } 
    job.join() 
    println("Joined failed job") 
    val deferred = GlobalScope.async { // root coroutine with async 
        println("Throwing exception from async") 
        throw ArithmeticException() // 沒有打印任何東西，依賴用戶去調(diào)用等待 
    } 
    try { 
        deferred.await() 
        println("Unreached") 
    } catch (e: ArithmeticException) { 
        println("Caught ArithmeticException") 
    } 
} 

結(jié)果

Throwing exception from launch 
Exception in thread "DefaultDispatcher-worker-2 @coroutine#2" java.lang.IndexOutOfBoundsException 
Joined failed job 
Throwing exception from async 
Caught ArithmeticException 

總結(jié)：

• 協(xié)程是可以被取消的和超時控制，可以組合被掛起的函數(shù)，協(xié)程中運行環(huán)境的指定，也就是線程的切換
• 協(xié)程最常用的功能是并發(fā)，而并發(fā)的典型場景就是多線程。
• 協(xié)程設計的初衷是為了解決并發(fā)問題，讓協(xié)作式多任務實現(xiàn)起來更加方便。
• 簡單理解 Kotlin 協(xié)程的話，就是封裝好的線程池，也可以理解成一個線程框架。

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