協(xié)程的概念及協(xié)程的掛起函數(shù)介紹

什么是協(xié)程

協(xié)程是一種輕量級(jí)的線程，它可以在單個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。與線程不同，協(xié)程不需要操作系統(tǒng)的上下文切換，因此可以更高效地使用系統(tǒng)資源。Kotlin 協(xié)程是 Kotlin 語(yǔ)言的一項(xiàng)特性，它提供了一種簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的方式來(lái)處理異步任務(wù)。

相關(guān)的基本概念

掛起函數(shù)

掛起函數(shù)是一種特殊的函數(shù)，它可以在執(zhí)行過(guò)程中暫停并等待某些操作完成。在 Kotlin 中，掛起函數(shù)使用 suspend 關(guān)鍵字進(jìn)行標(biāo)記。掛起函數(shù)的特點(diǎn)是可以在函數(shù)內(nèi)部使用 suspend 關(guān)鍵字標(biāo)記的其他掛起函數(shù)，這些掛起函數(shù)會(huì)在執(zhí)行過(guò)程中暫停當(dāng)前協(xié)程的執(zhí)行，并等待異步任務(wù)的結(jié)果。當(dāng)異步任務(wù)完成后，協(xié)程會(huì)自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行，并將結(jié)果返回給調(diào)用方。

以下是一個(gè)使用掛起函數(shù)的例子，該例子使用 Retrofit 庫(kù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：

suspend fun fetchUser(userId: String): User {
    return withContext(Dispatchers.IO) {
        // 創(chuàng)建 Retrofit 實(shí)例
        val retrofit = Retrofit.Builder()
            .baseUrl("https://api.github.com/")
            .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())
            .build()
        // 創(chuàng)建 API 接口
        val apiService = retrofit.create(ApiService::class.java)
        // 發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求
        val response = apiService.getUser(userId)
        // 解析響應(yīng)
        val user = response.body()
        // 返回結(jié)果
        user ?: throw IllegalStateException("User not found")
    }
}

在上面的例子中，fetchUser 函數(shù)使用了 withContext 函數(shù)來(lái)切換到 IO 線程執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。在網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的過(guò)程中，使用了 Retrofit 庫(kù)提供的掛起函數(shù) getUser 來(lái)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，并等待響應(yīng)結(jié)果。當(dāng)響應(yīng)結(jié)果返回后，協(xié)程會(huì)自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行，并將結(jié)果返回給調(diào)用方。

需要注意的是，掛起函數(shù)只能在協(xié)程中使用，不能在普通的函數(shù)中使用。在使用掛起函數(shù)時(shí)，我們需要將其包裝在協(xié)程作用域中，以便管理協(xié)程的生命周期。例如：

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main)
scope.launch {
    val user = fetchUser("123")
    // 處理用戶數(shù)據(jù)
}
scope.cancel()

在上面的例子中，我們使用了協(xié)程作用域來(lái)管理協(xié)程的生命周期。在協(xié)程作用域中，我們使用 launch 函數(shù)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的協(xié)程，并在其中調(diào)用 fetchUser 函數(shù)來(lái)獲取用戶數(shù)據(jù)。當(dāng)協(xié)程作用域結(jié)束時(shí)，協(xié)程會(huì)自動(dòng)取消，避免了線程泄漏的問(wèn)題。

協(xié)程作用域

協(xié)程作用域是一種管理協(xié)程的機(jī)制，它可以確保協(xié)程在指定的作用域內(nèi)運(yùn)行，并在作用域結(jié)束時(shí)自動(dòng)取消協(xié)程。在 Kotlin 中，協(xié)程作用域由 CoroutineScope 接口表示。

協(xié)程作用域的主要作用是管理協(xié)程的生命周期。在協(xié)程作用域內(nèi)啟動(dòng)的協(xié)程會(huì)自動(dòng)繼承作用域的上下文和調(diào)度器，并在作用域結(jié)束時(shí)自動(dòng)取消。這樣，我們就可以避免協(xié)程泄漏和線程泄漏的問(wèn)題，提高程序的性能和穩(wěn)定性。

協(xié)程作用域還可以將多個(gè)協(xié)程組合在一起，實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。在協(xié)程作用域中，我們可以使用 async 函數(shù)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的協(xié)程，并返回一個(gè) Deferred 對(duì)象，該對(duì)象可以用于獲取協(xié)程的執(zhí)行結(jié)果。例如：

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.IO)
val deferred1 = scope.async { fetchUser("123") }
val deferred2 = scope.async { fetchUser("456") }
val users = listOf(deferred1.await(), deferred2.await())
scope.cancel()

在上面的例子中，我們使用協(xié)程作用域來(lái)管理兩個(gè)協(xié)程的生命周期，并使用 async 函數(shù)來(lái)啟動(dòng)兩個(gè)協(xié)程，分別獲取用戶數(shù)據(jù)。在獲取用戶數(shù)據(jù)的過(guò)程中，我們使用了 await 函數(shù)來(lái)等待協(xié)程的執(zhí)行結(jié)果。當(dāng)兩個(gè)協(xié)程都執(zhí)行完成后，我們將結(jié)果保存到 users 列表中。

?需要注意的是，協(xié)程作用域是一種輕量級(jí)的機(jī)制，它不會(huì)創(chuàng)建新的線程或進(jìn)程。協(xié)程作用域中的協(xié)程會(huì)在當(dāng)前線程中執(zhí)行，并使用協(xié)程調(diào)度器來(lái)管理協(xié)程的執(zhí)行。因此，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的協(xié)程調(diào)度器，以便實(shí)現(xiàn)最佳的性能和響應(yīng)速度。

?

Dispatchers.IO 是 Kotlin 協(xié)程庫(kù)中的一個(gè)協(xié)程調(diào)度器，它用于將協(xié)程分配到 IO 線程池中執(zhí)行。在協(xié)程中執(zhí)行 IO 操作時(shí)，我們通常會(huì)使用 Dispatchers.IO 調(diào)度器來(lái)避免阻塞主線程或其他重要線程。

在 Android 應(yīng)用程序中，主線程通常用于處理 UI 事件和更新 UI 界面，因此我們應(yīng)該盡量避免在主線程中執(zhí)行耗時(shí)的 IO 操作。如果我們?cè)谥骶€程中執(zhí)行耗時(shí)的 IO 操作，會(huì)導(dǎo)致 UI 界面卡頓或無(wú)響應(yīng)，影響用戶體驗(yàn)。為了避免在主線程中執(zhí)行耗時(shí)的 IO 操作，我們可以使用 Dispatchers.IO 調(diào)度器將協(xié)程分配到 IO 線程池中執(zhí)行。IO 線程池通常包含多個(gè)線程，用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、文件讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等耗時(shí)的 IO 操作。在 IO 線程池中執(zhí)行 IO 操作時(shí)，我們可以使用掛起函數(shù)來(lái)等待異步操作的完成，而不需要阻塞主線程或其他重要線程。

例如，在下面的例子中，我們使用 Dispatchers.IO 調(diào)度器來(lái)將協(xié)程分配到 IO 線程池中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.IO)
scope.launch {
    val response = fetchUser("123")
    // 處理響應(yīng)結(jié)果
}
scope.cancel()

在上面的例子中，我們使用 launch 函數(shù)啟動(dòng)了一個(gè)新的協(xié)程，并使用 Dispatchers.IO 調(diào)度器將其分配到 IO 線程池中執(zhí)行。在協(xié)程中，我們使用 fetchUser 函數(shù)來(lái)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，并使用掛起函數(shù)來(lái)等待響應(yīng)結(jié)果的返回。當(dāng)響應(yīng)結(jié)果返回后，協(xié)程會(huì)自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行，并將結(jié)果返回給調(diào)用方。

在 Kotlin 中，我們可以使用 CoroutineScope 接口來(lái)創(chuàng)建協(xié)程作用域，并在作用域內(nèi)啟動(dòng)協(xié)程。在創(chuàng)建協(xié)程作用域時(shí)，我們需要指定協(xié)程的上下文和調(diào)度器，以便管理協(xié)程的生命周期和執(zhí)行。

• 使用 GlobalScope GlobalScope 適用于一些簡(jiǎn)單的、短時(shí)間的任務(wù)，例如發(fā)送一條日志、執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算等。由于 GlobalScope 是一個(gè)全局的協(xié)程作用域，因此這種方式不適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致協(xié)程泄漏和線程泄漏的問(wèn)題。

GlobalScope.launch {
    // 發(fā)送一條日志
    Log.d(TAG, "Hello, World!")
}

• 使用 CoroutineScope CoroutineScope 適用于一些需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，例如網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、文件讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等。在創(chuàng)建協(xié)程作用域時(shí)，我們需要指定協(xié)程的上下文和調(diào)度器，以便管理協(xié)程的生命周期和執(zhí)行。

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.IO)
scope.launch {
    // 執(zhí)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求
    val response = fetchUser("123")
    // 處理響應(yīng)結(jié)果
}

在上面的例子中，我們使用 CoroutineScope 創(chuàng)建了一個(gè)局部的協(xié)程作用域，并使用 Dispatchers.IO 調(diào)度器將協(xié)程分配到 IO 線程池中執(zhí)行。在協(xié)程中，我們使用 fetchUser 函數(shù)來(lái)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，并使用掛起函數(shù)來(lái)等待響應(yīng)結(jié)果的返回。當(dāng)響應(yīng)結(jié)果返回后，協(xié)程會(huì)自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行，并將結(jié)果返回給調(diào)用方。

• runBlocking runBlocking 適用于一些測(cè)試代碼，例如單元測(cè)試、集成測(cè)試等。在測(cè)試代碼中，我們通常需要啟動(dòng)協(xié)程，并等待協(xié)程執(zhí)行完成后進(jìn)行斷言。

@Test
fun testFetchUser() = runBlocking {
    // 啟動(dòng)一個(gè)協(xié)程
    val response = fetchUser("123")
    // 斷言響應(yīng)結(jié)果
    assertEquals("John Doe", response.name)
}

在上面的例子中，我們使用 runBlocking 啟動(dòng)了一個(gè)新的協(xié)程，并在協(xié)程中發(fā)起了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。由于這是一個(gè)測(cè)試代碼，因此我們可以使用 runBlocking 阻塞當(dāng)前線程，直到協(xié)程執(zhí)行完成后進(jìn)行斷言。

• lifecycleScope lifecycleScope 適用于一些需要與 Activity 或 Fragment 的生命周期綁定的任務(wù)，例如更新 UI 界面、執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)等。在使用 lifecycleScope 時(shí)，我們可以避免協(xié)程泄漏和線程泄漏的問(wèn)題，并且可以自動(dòng)取消協(xié)程，以便釋放資源。

class MyFragment : Fragment() {

    override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onViewCreated(view, savedInstanceState)
        lifecycleScope.launch {
            // 更新 UI 界面
            textView.text = "Hello, World!"
            // 執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)
            val response = fetchUser("123")
            // 處理響應(yīng)結(jié)果
        }
    }
}

在上面的例子中，我們?cè)?Fragment 的 onViewCreated 方法中使用 lifecycleScope 啟動(dòng)了一個(gè)新的協(xié)程，并將其與 Fragment 的生命周期綁定。當(dāng) Fragment 被銷(xiāo)毀時(shí)，lifecycleScope 會(huì)自動(dòng)取消協(xié)程，以便釋放資源。在協(xié)程中，我們可以更新 UI 界面、執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)等操作，而不需要擔(dān)心協(xié)程泄漏和線程泄漏的問(wèn)題。

協(xié)程調(diào)度器

協(xié)程調(diào)度器是一種決定協(xié)程在哪個(gè)線程上運(yùn)行的機(jī)制。在 Kotlin 中，協(xié)程調(diào)度器由 CoroutineDispatcher 接口表示。

常用的調(diào)度器如下

• Dispatchers.Default：將協(xié)程分配到默認(rèn)的線程池中執(zhí)行。默認(rèn)的線程池通常包含多個(gè)線程，用于執(zhí)行 CPU 密集型的計(jì)算任務(wù)。
• Dispatchers.IO：將協(xié)程分配到 IO 線程池中執(zhí)行。IO 線程池通常包含多個(gè)線程，用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、文件讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等耗時(shí)的 IO 操作。
• Dispatchers.Main：將協(xié)程分配到主線程中執(zhí)行。主線程通常用于處理 UI 事件和更新 UI 界面。
• Dispatchers.Unconfined：將協(xié)程分配到當(dāng)前線程中執(zhí)行，直到第一個(gè)掛起點(diǎn)。在第一個(gè)掛起點(diǎn)之后，協(xié)程會(huì)自動(dòng)切換到其他線程或線程池中執(zhí)行。

?除了上述常用的調(diào)度器之外，我們還可以自定義調(diào)度器，以便更好地滿足具體的需求。例如，我們可以使用 newSingleThreadContext 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的單線程調(diào)度器，用于將協(xié)程分配到單個(gè)線程中執(zhí)行。

?

協(xié)程上下文

協(xié)程上下文是一組鍵值對(duì)，它包含了協(xié)程的一些屬性和配置信息。在 Kotlin 中，協(xié)程上下文由 CoroutineContext 接口表示。

在 Kotlin 協(xié)程中，協(xié)程上下文（Coroutine Context）是一個(gè)包含了協(xié)程執(zhí)行所需的各種元素的對(duì)象。協(xié)程上下文可以包含多個(gè)元素，例如調(diào)度器、異常處理器、協(xié)程名稱等。在協(xié)程中，我們可以使用 coroutineContext 屬性來(lái)訪問(wèn)當(dāng)前協(xié)程的上下文。

以下是協(xié)程上下文中常用的元素：

• Job：協(xié)程的任務(wù)，用于管理協(xié)程的生命周期和取消操作。
• CoroutineDispatcher：協(xié)程的調(diào)度器，用于將協(xié)程分配到不同的線程或線程池中執(zhí)行。
• CoroutineExceptionHandler：協(xié)程的異常處理器，用于處理協(xié)程中發(fā)生的異常。
• CoroutineName：協(xié)程的名稱，用于標(biāo)識(shí)協(xié)程的作用和用途。

在協(xié)程中，我們可以使用 CoroutineScope 接口來(lái)創(chuàng)建協(xié)程作用域，并在作用域內(nèi)啟動(dòng)協(xié)程。在創(chuàng)建協(xié)程作用域時(shí)，我們可以指定協(xié)程的上下文和調(diào)度器，以便管理協(xié)程的生命周期和執(zhí)行。

在協(xié)程中，我們可以使用 withContext 函數(shù)來(lái)切換協(xié)程的上下文和調(diào)度器。withContext 函數(shù)會(huì)掛起當(dāng)前協(xié)程，并在指定的上下文和調(diào)度器中啟動(dòng)一個(gè)新的協(xié)程。當(dāng)新的協(xié)程執(zhí)行完成后，withContext 函數(shù)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)當(dāng)前協(xié)程的執(zhí)行。

以下是使用 withContext 函數(shù)切換協(xié)程上下文的示例：

suspend fun fetchUser(id: String): User = withContext(Dispatchers.IO) {
    // 在 IO 線程池中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求
    val response = apiService.fetchUser(id)
    // 解析響應(yīng)結(jié)果
    val user = response.toUser()
    // 返回用戶信息
    user
}

在上面的例子中，我們使用 withContext函數(shù)將協(xié)程的上下文切換到 Dispatchers.IO 調(diào)度器中，并在 IO 線程池中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求完成后，withContext 函數(shù)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)當(dāng)前協(xié)程的執(zhí)行，并將解析后的用戶信息返回給調(diào)用方。

除了使用 withContext 函數(shù)切換協(xié)程上下文外，我們還可以使用 CoroutineScope 接口的擴(kuò)展函數(shù)來(lái)切換協(xié)程上下文。以下是使用 CoroutineScope 接口的擴(kuò)展函數(shù)切換協(xié)程上下文的示例：

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main)
scope.launch {
    // 在主線程中執(zhí)行 UI 操作
    textView.text = "Loading..."
    // 切換協(xié)程上下文到 IO 線程池中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求
    val user = withContext(Dispatchers.IO) {
        apiService.fetchUser("123")
    }
    // 切換協(xié)程上下文到主線程中更新 UI 界面
    textView.text = "Hello, ${user.name}!"
}

在上面的例子中，我們使用 CoroutineScope 創(chuàng)建了一個(gè)局部的協(xié)程作用域，并將其與主線程的調(diào)度器綁定。在協(xié)程中，我們使用 withContext 函數(shù)將協(xié)程的上下文切換到 IO 線程池中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求完成后，我們?cè)俅问褂?withContext 函數(shù)將協(xié)程的上下文切換回主線程中更新 UI 界面。

最后

這篇文章主要介紹了協(xié)程的概念，協(xié)程的掛起函數(shù)，作用域，調(diào)度器和上下文，更多文章可以關(guān)注公眾號(hào)QStack。