Kotlin的重要优势及特点之——结构化并发

Kotlin 协程让异步代码像阻塞代码一样易于使用。协程可大幅简化后台任务管理，例如网络调用、本地数据访问等任务的管理。本主题介绍如何使用 Kotlin 协程解决以下问题，从而让您能够编写出更清晰、更简洁的应用代码。

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来源标注：Android 上的 Kotlin 协程  |  Android Developers

书接上篇：Android Kotlin知识汇总（二）最佳实践-CSDN博客

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Android 上的 Kotlin 协程

协程是一种并发设计模式，可以在 Android 平台上使用它来简化异步执行的代码。

在 Android 上，协程有助于管理长时间运行的任务。使用协程的专业开发者中有超过 50% 的人反映使用协程提高了工作效率。

       简单来说，协程就是一种轻量级的非阻塞的线程工具API，可以用同步的方式写出异步的代码，优雅地切换线程和处理回调地狱。与线程的关系，线程在进程中，协程在线程中。

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协程特点

协程是我们在 Android 上进行异步编程的推荐解决方案。值得关注的特点包括：

• 轻量：可以在单个线程上运行多个协程，因为协程支持挂起，不会使正在运行协程的线程阻塞。挂起比阻塞节省内存，且支持多个并行操作。
• 内存泄漏更少：使用结构化并发机制在一个作用域内执行多项操作。
• 内置取消支持：取消操作会自动在运行中的协程层次结构内传播。
• Jetpack 集成：许多 Jetpack 库都包含提供全面协程支持的扩展。某些库还提供自己的协程作用域，可供您用于结构化并发。

主流创建协程的方式

使用协程时在代码写法上和普通的顺序代码类似。创建协程可以使用以下三种方式：

// 方法1：使用 runBlocking 顶层函数
runBlocking {}

// 方法2：使用 GlobalScope 单例对象，调用 launch 开启协程
GlobalScope.launch {}

// 方法3：创建 CoroutineScope 对象，调用 launch 开启协程
val coroutineScope = CoroutineScope(context)
coroutineScope.launch {}

• 方法 1： 适用于单元测试场景，实际开发中不推荐，因为它是线程阻塞的；
• 方法 2： 不会阻塞线程，但它的生命周期会和 APP 一致，且无法取消；
• 方法 3： 推荐使用，可以通过 context 参数去管理和控制协程的生命周期。

使用协程确保主线程安全 

通过launch()创建一个新的协程空间，{}内的代码块被叫做一个子协程。而传给 launch()的参数则用于指定执行这段代码运行的线程。

coroutineScope.launch(Dispatchers.IO) {//参数切到IO线程执行
}
coroutineScope.launch(Dispatchers.Main) {//参数切到主线程执行
}

在 Kotlin 中，所有协程都必须在调度程序中运行，即使它们在主线程上运行也是如此。

协程可以自行挂起，而调度程序负责将其恢复。 

Kotlin 提供了三个调度程序，以用于指定应在何处运行协程：

• Dispatchers.Main - 使用此调度程序可在 Android 主线程上运行协程。此调度程序只能用于与界面交互和执行快速工作。
• Dispatchers.IO - 此调度程序经过了专门优化，适合在主线程之外执行磁盘或网络 I/O。
• Dispatchers.Default - 此调度程序经过了专门优化，适合在主线程之外执行占用大量 CPU 资源的工作。用例示例包括对列表排序和解析 JSON。

使用 withContext 方法

        该方法支持自动切回原来的线程，能够消除并发代码在协作时产生的嵌套。如果需要频繁地进行线程切换，这种写法将有很大的优势，即“使用同步的方式写异步代码”。如下所示：

coroutineScope.launch(Dispatchers.Main) {// Dispatchers.Main
    val image = withContext(Dispatchers.IO) {// 切换到 IO 线程
        getImage(imageUrl) // 切换到 IO 线程
    }
    imageView.setImageBitmap(image) // Dispatchers.Main
}

withContext(Dispatchers.IO) 创建一个在 IO 线程池中运行的代码块。放在该块内的任何代码都始终通过 IO 调度程序执行。由于 withContext 本身就是一个挂起函数，因此函数 getImage() 也是一个挂起函数。  

使用 suspend 关键字

协程在常规函数的基础上添加了两项操作，用于处理长时间运行的任务。 

• suspend 用于暂停执行当前协程，并保存所有局部变量。
• resume 用于让已挂起的协程从挂起处继续执行。

代码在执行到某个 suspend 函数时会从正在执行它的线程上脱离，协程会从被挂起的 suspend 函数指定的线程（如 Dispatchers.IO）中开始执行。当该 suspend方法执行完成之后，会重新切换回它原先的线程。这个「切回来」的动作，在 Kotlin 中叫做 resume。

在上述示例中，把 withContext 单独放进一个getImage()里，并使用 suspend 关键字标记才能编译通过，示例代码如下： 

suspend fun getImage(imageUrl: String) = // Dispatchers.Main
        withContext(Dispatchers.IO) {    // Dispatchers.IO (main-safety block)
            /* network IO here */          
        }                                // Dispatchers.Main

如果调用 suspend 函数，只能从其他 suspend 函数进行调用时，代码如下所示：

suspend fun fetchDocs() { // Dispatchers.Main
    val result = getImage("url") // Dispatchers.IO 
}
suspend fun getImage(url: String) = withContext(Dispatchers.IO) { /* ... */ }

在上面的示例中，getImage() 仍在主线程上运行，但它会在启动网络请求之前挂起协程。当网络请求完成时，getImage() 会恢复已挂起的协程fetchDocs()，而不是使用回调通知主线程。 

获取协程的返回值

启动协程的方式有两种：

• launch 启动新协程而不将结果返回给调用方。
• async  在另一个协程内或在挂起函数内且在执行“并行分解”时才使用，并可以使用一个名为 await 的挂起函数返回结果。

警告：launch 和 async 处理异常的方式不同。由于 async 对 await 进行最终调用，因此它持有异常并将其作为 await 调用的一部分抛出。所以，使用 async 会有把异常静默吞掉的风险。

并行分解 

基于Kotlin 的结构化并发机制，您可以定义启动一个或多个协程的 coroutineScope。然后，您可以使用 await()或 awaitAll()保证这些协程在从函数返回结果之前完成。

例如，在一个coroutineScope里执行两个并行的协程，此时通过调用 await()对每个延迟引用，就可以保证这两项 async 操作在返回值之前完成，代码如下所示：

suspend fun fetchTwoDocs() =
    coroutineScope {
        val deferredOne = async { fetchDoc(1) }
        val deferredTwo = async { fetchDoc(2) }
        deferredOne.await()
        deferredTwo.await()
    }

此外，coroutineScope 会捕获协程抛出的所有异常，并将其传送回调用方。

协程的非阻塞式挂起

      「非阻塞式挂起」指的就是协程在挂起的同时切线程这件事情。使用了协程的代码看似阻塞，但由于协程内部做了很多工作（包括自动切换线程），它实际上是非阻塞的。        

        在代码执行的过程中，当线程执行到了 suspend 方法，就暂时不再执行剩余协程代码，跳出协程的代码块。如果它是一个后台线程，它会被系统回收或者再利用（继续执行别的后台任务），与 Java 线程池中的线程等同；如果它是 Android 主线程，它会继续执行界面刷新任务。

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代码示例 

        使用协程模拟实现一个网络请求，等待时显示 Loading，请求成功或者出错让 Loading 消失，并将状态反馈给用户。

依赖项信息

如需在 Android 项目中使用协程，请将以下依赖项添加到应用的 build.gradle 文件中：

dependencies {
    implementation("org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.3.9")
}

ViewModel 代码

@HiltViewModel
class MainViewModel @Inject constructor() : ViewModel() {
    enum class RequestStatus {
        IDLE, LOADING, SUCCESS, FAIL
    }
    val requestStatus = MutableStateFlow(RequestStatus.IDLE)
    /**
     * 模拟网络请求
     */
    fun simulateNetworkRequest() {
        requestStatus.value = RequestStatus.LOADING
        viewModelScope.launch {
            val requestResult = async { performSimulatedRequest() }.await()
            requestStatus.value = 
                if (requestResult) RequestStatus.SUCCESS else RequestStatus.FAIL
        }
    }
    /**
     * 模拟耗时操作，随机数->成功或失败
     */
    private suspend fun performSimulatedRequest() = 
        withContext(Dispatchers.IO) {
            delay(500)
            val random = Random()
            return @withContext random.nextBoolean()
        }
    }

MainActivity 代码

使用 Jetpack Compose，将请求状态实时显示在界面上。代码如下所示：

@AndroidEntryPoint
class MainActivity : ComponentActivity() {
    //声明model属性
    private val mainViewModel: MainViewModel by viewModels()
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContent {
            ComposeTheme {
                Surface(modifier = Modifier.fillMaxSize(),color = MaterialTheme.colorScheme.background) {
                   val requestStatusState =mainViewModel.requestStatus.collectAsState()
                   val requestStatus by rememberSaveable {requestStatusState }
                   Text(text = requestStatus.name,)
                }
            }
        }
        //请求网络
        mainViewModel.simulateNetworkRequest()
    }
}

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小结

        在 Kotlin 中，协程就是基于线程来实现的一种更上层的工具 API，在设计思想上，协程是一个基于线程的上层框架。Kotlin 协程并没有脱离 Kotlin 或者 JVM 创造新的东西，只是简化了多线程的开发。

下一篇，继续介绍 Kotlin 协程在 Jetpack 实战开发过程中最有用的一些方面。