Coroutines Introduction

2020-04-25
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kotlin , concurrent

协程用来解决什么问题

Kotlin 的协程提供了一种全新的并发处理方式，我们可以使用它来简化安卓异步执行的代码。

在 Android 平台上协程主要用来解决两个问题：

  • 处理耗时任务(Long running tasks)
  • 保证主线程安全(Main-safety)

处理耗时任务

我们常规处理耗时任务是通过异步回调的方式，比如：

fun fetchDoc() {
    get("https://doc.qq.com") { result ->
        show(result)
    }
}

通过协程的方式是这样：

// 主线程执行
suspend fun fetchDoc() {
    // 直接返回结果
    val result = get("https://doc.qq.com")
    show(result)
}

// 主线程执行
suspend fun get(url: String) = withContext(Dispatchers.IO) {
    /*IO 线程池执行*/
}

可以看到通过协程可以直接返回请求结果，而不用管理请求延迟和线程阻塞，这是如何实现的呢？

协程在常规的函数操作 —— invoke 和 return 之外，还新增了2项：

  • suspend —— 称为挂起或暂停，用于暂停执行当前协程，并保存所有局部变量
  • resume —— 让暂停的协程继续执行

那么 suspend 是如何实现的呢？

Kotlin 使用堆栈帧来管理需要运行哪个函数及所有局部变量。suspend 协程时，系统会复制并保存当前的栈帧供后续使用，resume 协程时，系统会还原保存的栈帧，然后函数从暂停的位置继续执行。

在上面的协程示例中，get()函数在主线程上运行，但会在网络请求前暂停协程，请求完成时，get()函数恢复协程。

保证线程安全

Kotlin 提供了三种调度器(Dispatcher)供协程执行任务。协程可以自行暂停，调度器(Dispatcher)负责恢复。

Dispatcher 线程 任务设计 用途
Dispatcher.Main 主线程 UI 交互和轻量级任务 调用 suspend 函数、调用 UI 函数、 更新 LiveData
Dispatcher.IO 非主线程 磁盘和网络 IO 任务 数据库、文件、网络处理
Dispatcher.Default 非主线程 CPU 密集型任务 数组排序、JSON 解析、处理 Diff 判断

上面的示例中，get()函数 通过 withContext(Dispatcher.IO) 创建一个在 IO 线程池内运行的代码块。

如果某个函数任务涉及到磁盘、网络或者占用过多的 CPU 资源，都应该使用 withContext(Dispatcher) 来确保可以在主线程安全地调用。

追踪协程

协程自身并不能追踪正在处理的任务，使用代码来手动追踪上千个协程是十分困难的，我们虽然可以尝试对所有协程进行追踪，手动确保它们都完成或取消任务，但这样代码会十分复杂和臃肿。如果没有追踪协程，则可能诱发任务泄漏(work leak)，即耗时任务会持续地占用资源执行下去。

为了能够避免这种情况，Kotlin 引入了 结构化并发(structured concurrency) 机制，遵循它可以帮助我们追踪所有运行的任务。我们可以使用结构化并发做到下面三件事：

  • 取消任务 —— 取消某项无用的任务
  • 追踪任务 —— 追踪某项正在执行的任务
  • 发出错误信号 —— 任务异常时发出错误信号

使用 Scope 来追踪协程

Kotlin 中定义启动协程必须指定其 CoroutineScope, CoroutineScope 可以追踪或取消所有由它启动的协程。

有两种方式能够启动协程，分别用于不同的场景：

  • launch 方式启动新协程不会返回 result，适合不需要执行结果的场景
  • async 方式启动新协程并允许我们使用 await 的挂起函数返回 result.

通常我们应该使用 launch 方式启动新协程。

scope.launch {
    // launch 可以调用 suspend 函数
    fetchDoc()
}

在 ViewModel 中启动协程

当协程和 Android Architecture Components 结合时，我们应该在哪个组件使用协程呢？

答案是 ViewModel，我们大部分任务都是在 ViewModel 中处理，而且 AndroidX Lifecycle 从 2.1.0 版本开始已经引入扩展属性 ViewModel.viewModelScope，可以更方便地在 ViewModel 中使用协程：

class MainViewModel(): ViewModel() {
    fun setUserDoc() {
        // 启动新的协程
        viewModelScope.launch {
            fetchDoc()
        }
    }
}

当 viewModelScope 被清除时，它将自动取消所有它启动的协程，可以保证协程和 ViewModel 的生命周期是一致的。

启动多个协程

可以使用 coroutineScope 或 supervisorScope 启动多个协程，结构化并发保证了当 suspend 函数返回时，它所处理的任务也都完成了。

suspend fun fetchDocs() {
    coroutineScope {
        async {fetchDoc()}
        async {fetchPdf()}
    }
}

Kotlin 确保使用 coroutineScope 构造方法不让 fetchDocs() 方法发生泄漏，会先将 coroutineScope 自身挂起，等待它内部的所有协程完成时，再返回结果。

异常处理

coroutineScope 和 supervisorScope 两者都适合启动多个协程的场景，区别在于当启动的某一子协程出错时，coroutineScope 将会取消所有协程，而 supervisorScope 会继续执行剩余的协程。

协程中来自 suspend 函数的异常会通过 resume 重新抛给调用方 (Invoker) 来处理，跟函数一样，我们可以用 try/catch 处理异常。

suspend fun getError() {
    coroutineScope {
        async {
            throw IllegalStateException("...")
        }
    }
}

参考

在Android 开发中使用协程 Coroutines Discussion Introduction to Coroutines

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