Kotlin协程入门教程

/   今日科技快讯   /

近日消息华为即将在国内启动折叠屏Mate X 5G手机的上市,预计最快会在7月底进行,而等到9月份的时候,它才会陆续在国外市场上市。目前,为了能让Mate X尽快在国内上市,华为已经在跟三大运营商做最后的商用测试。

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大家早上好,新的一周又开始了,请继续加油。

本篇文章来自小帅哥MarioFeng的投稿,分享了Kotlin中协程相关的详细知识相信会对大家有所帮助!同时也感谢作者贡献的精彩文章。

MarioFeng的博客地址:

https://juejin.im/user/5919e8ef0ce46300690155a7

/   协程的作用   /

协程通过替代回调(callback)来简化异步代码。

听起来蛮抽象的,来看代码

 

fun fetchDocs() {
val result = get(“developer.android.com”)
show(result)
}

 

Android系统为了保证界面的流畅和及时响应用户的输入事件,主线程需要保持每16ms一次的刷新(调用 onDraw()函数),所以不能在主线程中做耗时的操作(比如 读写数据库,读写文件,做网络请求,解析较大的 Json 文件,处理较大的 list 数据)。 

 

get()通过接口获取用户数据,如果在主线程中调用fetchDocs()函数就会阻塞(block)主线程,App 会卡顿甚至崩溃。 

 

所以需要在子线程中调用get()函数,这样主线程就可以刷新界面和处理用户输入,待get()函数执行完毕后通过 callback 拿到结果。

 

fun fetchDocs() {
get(“developer.android.com”) { result ->
show(result)
}
}

 

 

callback 是个不错的方式,但是 callback 被过度使用后代码可读性会变差(迷之缩进),而且 callback 不能使用 exception。为了解决这样的问题,欢迎协程(coroutine)闪亮登场。

 

suspend fun fetchDocs() {
val result = get(“developer.android.com”)
show(result)
}

suspend fun get(url: String) =
withContext(Dispatchers.IO) {

}

 

明明是同步的写法为什么不会阻塞主线程? 对,因为suspend。

 

被suspend修饰的函数比普通函数多两个操作(suspend 和 resume) 

 

  • suspend:暂停当前协程的执行,保存所有的局部变量 

  • resume:从协程被暂停的地方继续执行协程。

get() 函数同样也是一个suspend函数。 

 

suspend修饰的函数并不意味着运行在子线程中。 

 

如果需要指定协程运行的线程,就需要指定Dispatchers ,常用的有三种: 

 

  • Dispatchers.Main:Android中的主线程,可以直接操作UI

  • Dispatchers.IO:针对磁盘和网络IO进行了优化,适合IO密集型的任务,比如:读写文件,操作数据库以及网络请求 

  • Dispatchers.Default:适合CPU密集型的任务,比如解析JSON文件,排序一个较大的list

 

通过withContext()可以指定Dispatchers,这里的get()函数里的withContext代码块中指定了协程运行在Dispatchers.IO中。 

 

来看下这段代码的具体执行流程

 

  • 每个线程有一个调用栈(call stack), Kotlin使用它来追踪哪个函数在执行和它的局部变量 

  • 当调用到suspend修饰的函数的时候,Kotlin需要追踪正在运行的协程而不是正在执行的函数 

  • 绿色线条表示一个suspend的标记,绿色上面的是协程,绿色下面的是一个正常的函数 

  • Kotlin 像正常函数一样调用fetchDocs() 函数,在调用栈上加一个 entry,这里也存储着fetchDocs()函数的局部变量 

  • 继续往下执行,直到找到另一个suspend函数的调用(这里指的是 get() 函数调用),这时候Kotlin要去实现suspend操作(将函数的状态从堆栈复制到一个地方,以便以后保存,所有suspend的协程都会被放在这里) 

  • 然后调用get()函数,同样新建一个entry,当调用到withContext()(withContext函数被 suspend 修饰)的时候,同样 执行suspend操作(过程和前面一样)。此时主线程里的所有协程都被 suspend,所以主线程可以做其他事情(执行 onDraw,响应用户输入) 

  • 等待几秒后,网络请求会返回,这时Kotlin会执行resume操作(获取保存状态并复制回来,重新放回到调用栈上),之后会正常往下执行,如果fetchDocs()发成错误,会在这里抛出异常

/   协程的组成   /

val viewModelJob = Job()    //用来取消协程

val uiScope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + viewModelJob)   //初始化CoroutineScope 指定协程的运行所在线程传入 Job 方便后面取消协程

uiScope.launch { //启动一个协程
updateUI() //suspend函数运行在协程内或者suspend另外一个函数内
}

suspend fun updateUI() {
delay(1000L) //delay是一个 suspend 函数
textView.text = “Hello, from coroutines!”
}

viewModelJob.cancel()//取消协程

启动一个协程需要CoroutineScope,为什么需要? 一会解释。

 

CoroutineScope接受CoroutineContext作为参数,CoroutineContext由一组协程的配置参数组成,可以指定协程的名称,协程运行所在线程,异常处理等等。可以通过plus操作符来组合这些参数。上面的代码指定了协程运行在主线程中,并且提供了一个Job,可用于取消协程。

 

  • CoroutineName(指定协程名称) 

  • Job(协程的生命周期,用于取消协程) 

  • CoroutineDispatcher,可以指定协程运行的线程 

 

有了CoroutineScope之后可以通过一系列的Coroutine builders来启动协程,协程运行在Coroutine builders的代码块里面。

 

  • launch 启动一个协程,返回一个Job,可用来取消协程;有异常直接抛出 

  • async 启动一个带返回结果的协程,可以通过Deferred.await()获取结果;有异常并不会直接抛出,只会在调用 await 的时候抛出 

  • withContext 启动一个协程,传入CoroutineContext改变协程运行的上下文。 

/   结构化并发(Structured concurrency)   /

如果在 foo 里协程启动了bar 协程,那么 bar 协程必须在 foo 协程之前完成。

foo 里协程启动了bar 协程 ,但是bar 并没有在 foo 完成之前执行完成,所以不是结构化并发。

foo 里协程启动了bar 协程 ,并且bar 在 foo 完成之前执行完成,所以是结构化并发 结构化并发能够带来什么优势呢?下面一点点阐述。

/   协程的泄漏   /

如果在 foo 里协程启动了bar 协程,那么 bar 协程必须在 foo 协程之前完成。

尽管协程本身是轻量级的,但是协程做的工作一般比较重,比如读写文件或者网络请求。使用代码手动跟踪大量的协程是相当困难的,这样的代码比较容易出错,一旦对协程失去追踪,那么就会导致泄漏。这比内存泄漏更加严重,因为失去追踪的协程在resume的时候可能会消耗内存,CPU,磁盘,甚至会进行不再必要的网络请求。 

 

如何避免泄漏呢?这其实就是CoroutineScope 的作用,通过launch或者async启动一个协程需要指定CoroutineScope,当要取消协程的时候只需要调用CoroutineScope.cancel() ,kotlin 会帮我们自动取消在这个作用域里面启动的协程。 

 

结构化并发可以保证当一个作用域被取消,作用域里面的所有协程会被取消。

 

如果使用架构组件(Architecture Components),比较适合在ViewModel中启动协程,并且在onCleared回调方法中取消协程 。

 

override fun onCleared() {
super.onCleared()
viewModelJob.cancel() //取消ViewModel中启动的协程
}

 

自己写CoroutineScope比较麻烦,架构组件提供了viewModelScope这个扩展属性,可以替代前面的uiScope。

 

看下viewModelScope这个扩展属性是如何实现的:

 

val ViewModel.viewModelScope: CoroutineScope
get() {
val scope: CoroutineScope? = this.getTag(JOB_KEY)
if (scope != null) {
return scope
}
return setTagIfAbsent(JOB_KEY,
CloseableCoroutineScope(Job() + Dispatchers.Main))
}

internal class CloseableCoroutineScope(context: CoroutineContext) : Closeable, CoroutineScope {
override val coroutineContext: CoroutineContext = context

override fun close() {
coroutineContext.cancel()
}
}

 

同样是初始化一个CoroutineScope,指定Dispatchers.Main和 Job。

 

##ViewModel
@MainThread
final void clear() 
{
mCleared = true;
// Since clear() is final, this method is still called on mock objects
// and in those cases, mBagOfTags is null. It’ll always be empty though
// because setTagIfAbsent and getTag are not final so we can skip
// clearing it
if (mBagOfTags != null) {
for (Object value : mBagOfTags.values()) {
// see comment for the similar call in setTagIfAbsent
closeWithRuntimeException(value);
}
}
onCleared();
}

private static void closeWithRuntimeException(Object obj{
if (obj instanceof Closeable) {
try {
((Closeable) obj).close();
catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}

 

clear()中会自动取消作用域中的协程。有了viewModelScope这个扩展属性可以少些很多模板代码。

 

再看一个稍复杂的场景,同时发起两个或者多个网络请求。这就意味着要开启更多的协程,随处开启协程可能导致潜在的泄漏问题,调用者可能不知道新开启的协程,因此也没法追踪他们。这时候就需要coroutineScope或者supervisorScope(注意不是CoroutineScope)。

 

suspend fun fetchTwoDocs() {
coroutineScope {
launch { fetchDoc(1) }
launch { fetchDoc(2) }
}
}

 

这个示例中,同时发起两个网络请求。在suspend 函数里面可以通过coroutineScope 或 supervisorScope 安全地启动协程。为了避免泄漏,我们希望fetchTwoDocs这样的函数返回的时候,在函数内部启动的协程都能执行完成。 

 

结构化并发保证当suspend函数返回的时候,函数里面的所有工作都已经完成。

 

Kotlin可以保证使用coroutineScope不会从fetchTwoDocs函数中发生泄漏,coroutineScope会suspend自己直到在它里面启动的所有协程执行完成。正是因为这样,fetchTwoDocs不会在coroutineScope内部启动的协程完成前返回。 

 

如果有更多的协程呢?

suspend fun loadLots() {
coroutineScope {
repeat(1000) {
launch { fetchDoc(it) }
}
}
}

 

这里在suspend函数中启动了更多的协程,会泄露吗?并不会。

 

 

由于这里的loadLots是一个suspend函数,所以loadLots函数会在一个CoroutineScope中被调用,coroutineScope构造器会使用这个CoroutineScope作为父作用域生成一个新的CoroutineScope。在coroutineScope代码块内部,launch函数会在这个新的CoroutineScope中启动新的协程,这个新的CoroutineScope会追踪这些新的协程,当所有的协程执行完毕,loadLots函数才会返回。 

 

coroutineScope 和 supervisorScope会等到所有的子协程执行完毕。 

 

使用coroutineScope 或者 supervisorScope可以安全地在suspend函数里面启动新的协程,不会造成泄漏,因为总是会suspend调用者直到所有的协程执行完毕。coroutineScope会新建一个子作用域(child scope),所以如果父作用域被取消,它会把取消的信息往下传递给所有新的协程。 

 

另外coroutineScope和supervisorScope的区别在于:coroutineScope会在任意一个协程发生异常后取消所有的子协程的运行,而supervisorScope并不会取消其他的子协程。

/   如何保证收到异常   /

前面有介绍过async里面如果发生异常是不会直接抛出的,直到 await 得到调用,所以下面的代码不会抛出异常。

 

val unrelatedScope = MainScope()
// example of a lost error
suspend fun lostError() {
// async without structured concurrency
unrelatedScope.async {
throw InAsyncNoOneCanHearYou(“except”)
}
}

 

但是coroutineScope会等到协程执行完毕,所以发生异常后会抛出。下面的代码会抛出异常。

 

suspend fun foundError() {
coroutineScope {
async {
throw StructuredConcurrencyWill(“throw”)
}
}
}

 

结构化并发保证当协程出错时,协程的调用者或者他的做用户会得到通知。

 

由此可见,结构化并发可以保证代码更加安全,避免了协程的泄漏问题 

 

  • 当作用域被取消,里面所有的协程被取消,因而可以取消不再需要的任务 

  • 当suspend函数返回,里面的工作能保证完成,因而可以追踪正在执行的任务 

  • 当协程出错,调用者或者作用域会收到通知,从而可以进行异常处理

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