Part 01

 什么是協(xié)程 

作為開發(fā)人員尤其是客戶端應(yīng)用開發(fā)，我們一直面臨著需要解決的問題——如何防止我們的應(yīng)用程序被阻塞?？紤]下面一個異步應(yīng)用場景?？蛻舳隧樞蜻M行3次網(wǎng)絡(luò)請求，最后更新UI展示結(jié)果。

圖片

圖1 異步場景

有多種方法實現(xiàn)上述需求，主流的包括：

• 回調(diào)
• Rx（反應(yīng)式擴展）
• 協(xié)程

1.1 回調(diào)方式

圖2 回調(diào)代碼示例

異步回調(diào)的方式雖然實現(xiàn)了需求,但是這種結(jié)構(gòu)的代碼無論是閱讀還是維護起來都是極其糟糕的。這種回調(diào)函數(shù)的層層嵌套耦合，親切地稱為 "回調(diào)地獄"。

1.2 Rx方式

圖3 Rx代碼示例

Rx系列的鏈式調(diào)用，是在協(xié)程之前推薦的做法，RxJava豐富的操作符、簡便的線程調(diào)度、異常處理使得大多數(shù)人滿意。但是還有沒有更簡潔易讀的寫法呢？

1.3 協(xié)程方式

圖4 協(xié)程代碼示例

使用協(xié)程后的代碼非常簡潔，以順序的方式編寫異步代碼，不會阻塞當(dāng)前UI線程，錯誤處理、線程切換也和平常代碼一樣簡單。

協(xié)程具有以下幾個特點：

• 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，掛起時不需要阻塞線程，幾乎是無代價的，協(xié)程是由開發(fā)者控制的。所以協(xié)程也像用戶態(tài)的線程，非常輕量級。
• 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，可用于結(jié)構(gòu)化并發(fā)。

總而言之：協(xié)程可以簡化異步編程，可以順序地表達程序。協(xié)程使用掛起，這意味可以在代碼的特定點暫停和恢復(fù)執(zhí)行，無需阻塞主線程或顯示創(chuàng)建額外的線程。

Part 02

協(xié)程的使用 

- 引入gradle依賴

圖5 gradle依賴引入

- 啟動協(xié)程

圖6 啟動協(xié)程

上面就是啟動協(xié)程的代碼，啟動協(xié)程的代碼可以分為三部分：GlobalScope、launch、Dispatchers，它們分別對應(yīng)：協(xié)程的作用域、構(gòu)建器和調(diào)度器。

2.1 協(xié)程作用域

指的是協(xié)程內(nèi)的代碼運行的時間周期范圍，如果超出了指定的協(xié)程范圍，協(xié)程會被取消執(zhí)行。

官方庫給我們提供了一些作用域可以直接來使用：

• runBlocking

頂層函數(shù)，但是它會阻塞當(dāng)前線程，主要用于測試。

• GlobalScope

全局協(xié)程作用域，它啟動的協(xié)程的生命周期只受整個應(yīng)用程序的生命周期的限制，且不能取消，運行時會消耗一些內(nèi)存資源，這可能會導(dǎo)致內(nèi)存泄露，不適用于業(yè)務(wù)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)，為并行分解工作而設(shè)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。

• 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。推薦使用。

Android官方對協(xié)程的支持是非常友好的，KTX為Jetpack的Lifecycle相關(guān)組件提供了已經(jīng)綁定UV聲明周期的作用域供我們直接使用：

• lifecycleScope

與Lifecycle綁定生命周期，生命周期被銷毀時，此作用域?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(dāng)ViewModel被清除時，這個作用域?qū)⒈蝗∠扑]使用。

2.2 調(diào)度器

調(diào)度器的作用是將協(xié)程限制在特定的線程執(zhí)行。主要的調(diào)度器類型有：

• Dispatchers.Main：指定執(zhí)行的線程是主線程
• Dispatchers.IO：指定執(zhí)行的線程是IO線程
• Dispatchers.Default：默認的調(diào)度器，適合執(zhí)行CPU密集性的任務(wù)
• Dispatchers.Unconfined：非限制的調(diào)度器，指定的線程可能會隨著掛起的函數(shù)的發(fā)生變化

2.3 構(gòu)建器

kotlinx.continues庫提供的三個基本協(xié)程構(gòu)建器：

• Launch
• async
• runBlocking

launch{}是最常用的協(xié)程構(gòu)建器，不阻塞當(dāng)前線程，在后臺創(chuàng)建一個新協(xié)程，也可以指定協(xié)程調(diào)度器。

async創(chuàng)建一個新的協(xié)程，不會阻塞當(dāng)前線程，必須在協(xié)程作用域中才可以調(diào)用，并返回Deffer對象。可通過調(diào)用Deffer.await()方法等待該子協(xié)程執(zhí)行完成并獲取結(jié)果。常用于并發(fā)執(zhí)行-同步等待和獲取返回值的情況。

runBlocking是創(chuàng)建一個新的協(xié)程同時阻塞當(dāng)前線程，直到協(xié)程結(jié)束，主要是為測試設(shè)計。

Part 03

協(xié)程掛起、恢復(fù)原理剖析 

協(xié)程的概念最核心的點就是掛起，即函數(shù)或者某段程序可以在某個時刻暫停執(zhí)行并稍后恢復(fù)。suspend是Kotlin協(xié)程最核心的關(guān)鍵字，使用suspend關(guān)鍵字修飾的函數(shù)叫作掛起函數(shù)，掛起函數(shù)只能在協(xié)程體內(nèi)或者在其他掛起函數(shù)內(nèi)調(diào)用。內(nèi)部實現(xiàn)使用了Kotlin編譯器的一些編譯技術(shù)，被關(guān)鍵字suspend修飾的方法在編譯階段,編譯器會修改方法的簽名. 包括返回值,修飾符,入?yún)?方法體實現(xiàn)。我們以下面一個簡單的掛起方法來剖析。

圖7 掛起函數(shù)

通過AS的工具欄中 Tools->Kotlin->show Kotlin ByteCode，得到j(luò)ava字節(jié)碼，再點擊Decompile按鈕反編譯成java源碼：

圖8 掛起函數(shù)反編譯java源碼

上面主要步驟為：

1??函數(shù)返回值變成Object，函數(shù)入?yún)⒕幾g后增加了Continuation參數(shù)。

2??創(chuàng)建一個ContinuationImpl ，復(fù)寫invokeSuspend()方法，在這個方法里面它又調(diào)用了一次自己，并且把continuation傳遞進去。

3??在switch狀態(tài)機中，label初始值為0，第一次會進入case 0分支，delay()是一個掛起函數(shù)，傳入上面的continuation參數(shù)，會有一個Object類型的返回值。

4??DelayKt.delay(2000, continuation)的返回結(jié)果如果是 COROUTINE_SUSPENDED，則直接return，那么方法執(zhí)行就被結(jié)束了，方法就被掛起了。

這就是掛起的真正原理。協(xié)程的掛起本質(zhì)上是方法的掛起，而方法的掛起本質(zhì)上是return，協(xié)程的恢復(fù)本質(zhì)上方法的恢復(fù)，而恢復(fù)的本質(zhì)是callback回調(diào)。

Part 04

 總結(jié) 

異步編程是現(xiàn)代軟件開發(fā)的重要組成部分，它允許我們創(chuàng)建響應(yīng)迅速、可擴展的應(yīng)用程序。Kotlin協(xié)程是一款輕量級、高效、易于使用的并發(fā)框架，借助Kotlin的語言優(yōu)勢，用同步的方式寫出異步的代碼，變得更加可維護和可讀，有助于改善開發(fā)體驗。在Android客戶端開發(fā)中，結(jié)合Jetpack可以更加輕松使用不阻塞UI線程同時避免內(nèi)存泄露。