Android Kotlin 协程初探 | 京东物流技术团队

1 它是什么（协程和 Kotlin协程）

1.1 协程是什么

维基百科：协程，英文Coroutine [kəru’tin] （可入厅），是计算机程序的一类组件，推广了协作式多任务的子程序，允许执行被挂起与被恢复。

作为Google钦定的Android开发首选语言Kotlin，协程并不是 Kotlin 提出来的新概念，目前有协程概念的编程语言有Lua语言、Python语言、Go语言、C语言等，它只是一种编程思想，不局限于特定的语言。

而每一种编程语言中的协程的概念及实现又不完全一样，本次分享主要讲Kotlin协程。

1.2 Kotlin协程是什么

Kotlin官网：协程是轻量级线程

可简单理解：一个线程框架，是全新的处理并发的方式，也是Android上方便简化异步执行代码的方式

类似于 Java：线程池 Android：Handler和AsyncTask，RxJava的Schedulers

注：Kotlin不仅仅是面向JVM平台的，还有JS/Native，如果用kotlin来写前端，那Koltin的协程就是JS意义上的协程。如果仅仅JVM 平台，那确实应该是线程框架。

1.3 进程、线程、协程比较

可通过以下两张图理解三者的不同和关系

2 为什么选择它（协程解决什么问题）

异步场景举例：

第一步：接口获取当前用户token及用户信息
第二步：将用户的昵称展示界面上
第三步：然后再通过这个token获取当前用户的消息未读数
第四步：并展示在界面上

2.1 现有方案实现

apiService.getUserInfo().enqueue(object :Callback<User>{override fun onResponse(call: Call<User>, response: Response<User>) {val user = response.body()tvNickName.text = user?.nickNameapiService.getUnReadMsgCount(user?.token).enqueue(object :Callback<Int>{override fun onResponse(call: Call<Int>, response: Response<Int>) {val tvUnReadMsgCount = response.body()tvMsgCount.text = tvUnReadMsgCount.toString()}})}
})

现有方案如何拿到异步任务的数据，得不到就毁掉哈哈哈，就是通过回调函数来解决。
若嵌套多了，这种画风是不是有点回调地狱的感觉，俗称的「callback hell」

2.2 协程实现

mainScope.launch {val user = apiService.getUserInfoSuspend() //IO线程请求数据tvNickName.text = user?.nickName //UI线程更新界面val unReadMsgCount = apiService.getUnReadMsgCountSuspend(user?.token) //IO线程请求数据tvMsgCount.text = unReadMsgCount.toString() //UI线程更新界面
}

suspend fun getUserInfoSuspend() :User? {return withContext(Dispatchers.IO){//模拟网络请求耗时操作delay(10)User("asd123", "userName", "nickName")}
}suspend fun getUnReadMsgCountSuspend(token:String?) :Int{return withContext(Dispatchers.IO){//模拟网络请求耗时操作delay(10)10}
}

红色框框内的就是一个协程代码块。

可以看得出在协程实现中告别了callback，所以再也不会出现回调地狱这种情况了，协程解决了回调地狱

协程可以让我们用同步的代码写出异步的效果，这也是协程最大的优势，异步代码同步去写。

小结：协程可以异步代码同步去写，解决回调地狱，让程序员更方便地处理异步业务，更方便地切线程，保证主线程安全。

它是怎么做到的？

3 它是怎么工作的（协程的原理浅析）

3.1 协程的挂起和恢复

挂起（非阻塞式挂起）

suspend 关键字，它是协程中核心的关键字，是挂起的标识。

下面看一下上述示例代码切换线程的过程：

每一次从主线程切到IO线程都是一次协程的挂起操作；

每一次从IO线程切换主线程都是一次协程的恢复操作；

挂起和恢复是suspend函数特有的能力，其他函数不具备，挂起的内容是协程，不是挂起线程，也不是挂起函数，当线程执行到suspend函数的地方，不会继续执行当前协程的代码了，所以它不会阻塞线程，是非阻塞式挂起。

有挂起必然有恢复流程，恢复是指将已经被挂起的目标协程从挂起之处开始恢复执行。在协程中，挂起和恢复都不需要我们手动处理，这些都是kotlin协程帮我们自动完成的。

那Kotlin协程是如何帮我们自动实现挂起和恢复操作的呢？

它是通过Continuation来实现的。 [kənˌtɪnjuˈeɪʃ(ə)n] （继续；延续；连续性；后续部分）

3.2 协程的挂起和恢复的工作原理（Continuation）

CPS + 状态机

Java中没有suspend函数，suspend是Kotlin中特有的关键字，当编译时，Kotlin编译器会将含有suspend关键字的函数进行一次转换。

这种被编译器转换在kotlin中叫CPS转换（cotinuation-passing-style）。

转换流程如下所示

程序员写的挂起函数代码：

suspend fun getUserInfo() : User {val user = User("asd123", "userName", "nickName")return user
}

假想的一种中间态代码（便于理解）：

fun getUserInfo(callback: Callback<User>): Any? {val user = User("asd123", "userName", "nickName")callback.onSuccess(user)return Unit
}

转换后的代码：

fun getUserInfo(cont: Continuation<User>): Any? {val user = User("asd123", "userName", "nickName")cont.resume(user)return Unit
}

我们通过Kotlin生成字节码工具查看字节码，然后将其反编译成Java代码：

@Nullable
public final Object getUserInfo(@NotNull Continuation $completion) {User user = new User("asd123", "userName", "nickName");return user;
}

这也验证了确实是会通过引入一个Continuation对象来实现恢复的流程，这里的这个Continuation对象中包含了Callback的形态。

它有两个作用：1. 暂停并记住执行点位；2. 记住函数暂停时刻的局部变量上下文。

所以为什么我们可以用同步的方式写异步代码，是因为Continuation帮我们做了回调的流程。

下面看一下这个Continuation 的源码部分

可以看到这个Continuation中封装了一个resumeWith的方法，这个方法就是恢复用的。

internal abstract class BaseContinuationImpl() : Continuation<Any?> {public final override fun resumeWith(result: Result<Any?>) {//省略好多代码invokeSuspend()//省略好多代码}protected abstract fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any?
}internal abstract class ContinuationImpl(completion: Continuation<Any?>?,private val _context: CoroutineContext?
) : BaseContinuationImpl(completion) {protected abstract fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any?//invokeSuspend() 这个方法是恢复的关键一步

继续看上述例子：

这是一个CPS之前的代码：

suspend fun testCoroutine() {val user = apiService.getUserInfoSuspend() //挂起函数  IO线程tvNickName.text = user?.nickName //UI线程更新界面val unReadMsgCount = apiService.getUnReadMsgCountSuspend(user?.token) //挂起函数  IO线程tvMsgCount.text = unReadMsgCount.toString() //UI线程更新界面
}

当前挂起函数里有两个挂起函数

通过kotlin编译器编译后：

fun testCoroutine(completion: Continuation<Any?>): Any? {// TestContinuation本质上是匿名内部类class TestContinuation(completion: Continuation<Any?>?) : ContinuationImpl(completion) {// 表示协程状态机当前的状态var label: Int = 0// 两个变量，对应原函数的2个变量lateinit var user: Anylateinit var unReadMsgCount: Int// result 接收协程的运行结果var result = continuation.result// suspendReturn 接收挂起函数的返回值var suspendReturn: Any? = null// CoroutineSingletons 是个枚举类// COROUTINE_SUSPENDED 代表当前函数被挂起了val sFlag = CoroutineSingletons.COROUTINE_SUSPENDED// invokeSuspend 是协程的关键// 它最终会调用 testCoroutine(this) 开启协程状态机// 状态机相关代码就是后面的 when 语句// 协程的本质，可以说就是 CPS + 状态机override fun invokeSuspend(_result: Result<Any?>): Any? {result = _resultlabel = label or Int.Companion.MIN_VALUEreturn testCoroutine(this)}}// ...val continuation = if (completion is TestContinuation) {completion} else {//                作为参数//                   ↓TestContinuation(completion)

loop = true
while(loop) {
when (continuation.label) {0 -> {// 检测异常throwOnFailure(result)// 将 label 置为 1，准备进入下一次状态continuation.label = 1// 执行 getUserInfoSuspend（第一个挂起函数）suspendReturn = getUserInfoSuspend(continuation)// 判断是否挂起if (suspendReturn == sFlag) {return suspendReturn} else {result = suspendReturn//go to next state}}1 -> {throwOnFailure(result)// 获取 user 值user = result as Any// 准备进入下一个状态continuation.label = 2// 执行 getUnReadMsgCountSuspendsuspendReturn = getUnReadMsgCountSuspend(user.token, continuation)// 判断是否挂起if (suspendReturn == sFlag) {return suspendReturn} else {result = suspendReturn//go to next state}}2 -> {throwOnFailure(result)user = continuation.mUser as AnyunReadMsgCount = continuation.unReadMsgCount as Intloop = false
}
}

通过一个label标签控制分支代码执行,label为0,首先会进入第一个分支,首先将label设置为下一个分支的数值,然后执行第一个suspend方法并传递当前Continuation,得到返回值,如果是COROUTINE SUSPENDED,协程框架就直接return,协程挂起,当第一个suspend方法执行完成,会回调Continuation的invokeSuspend方法,进入第二个分支执行,以此类推执行完所有suspend方法。

每一个挂起点和初始挂起点对应的 Continuation 都会转化为一种状态，协程恢复只是跳转到下一种状态中。挂起函数将执行过程分为多个 Continuation 片段，并且利用状态机的方式保证各个片段是顺序执行的。

小结：协程的挂起和恢复的本质是CPS + 状态机