Kotlin 协程 - 协程调度器 CoroutineDispatcher

一、概念

协程必须运行在一个线程上,所以要指定调度器。是一个抽象类,Dispatcher是一个标准库中帮我们封装了切换线程的帮助类,可以调度协程在哪类线程上执行。创建协程时,上下文如果没有指定也没有继承到调度器,则会添加一个默认调度器(调度器通过 ContinuationInterceptor 延续体拦截器实现的)。通过Dispatchers调度,而不是Thread因为不是单纯指定线程。

二、模式

  • 由于子协程会继承父协程的上下文,在父协程上指定调度器模式后子协程默认使用这个模式。
  • IO 和 DEFAULT 模式共享同一线程池,重用线程起到优化(DEFAULT 切换到 IO 大概率停留在同一线程上),两者对线程数量限制是独立的不会让对方饥饿。最大限度一起使用的话,默认同时活跃的线程数为 64+CPU数。
Dispatcher.Main运行于主线程,在 Android 中就是 UI 线程,用来处理一些 UI 交互的轻量级任务。

调用 suspend 函数

调用 UI 函数

更新 LiveData

Dispatcher.Main.immediate协程的调度是有成本的,当我们已经处在主线程时,开启一个调度到主线程的子协程,会经历挂起等待恢复,这是不必要的开销,甚至队列很长会导致数据延迟显示(例如 ViewModelScope 就处在Android默认的主线程中,因此上下文中的调度器使用了这个),此时指定为 immediate 就只会在需要的时候调度,否则直接执行。函数被withContext包装在Dispatcher.Main上运行时使用。
Dispatcher.IO

运行于线程池,专为IO阻塞型任务进行了优化。最大线程数为64个,只要没超过且没有空闲线程就一直可开辟新线程执行新任务。

数据库

文件读写

网络处理

Dispatcher.Default

运行于线程池,专为CPU密集型计算任务进行了优化。最大线程数为CPU核心个数(但不少于2个),若全在忙碌时新任务无法得到执行。

数组排序

Json解析

处理差异判断

计算Bitmap

Dispatcher.Unconfined不改变线程,在启动它的线程执行,在恢复它的线程执行。调度成本最低性能最好,但有处在主线程上调用了阻塞操作的风险。当不需要关心协程在哪个线程上被挂起时使用。

三、限制线程数 limitedParallelism()

1.6版本引入。

  • 对于Default模式:当有一个开销很大的任务,可能会导致其它使用相同调度器的协程抢不到线程执行权,这个时候就可以用来限制该协程的线程使用数量。
  • 对于IO模式:当有一个开销很大的任务,可能会导致阻塞太多线程让其它任务暂停等待,突破默认64个线程的限制加速执行(不显著)。
  • 传参将线程限制为1,解决多线程并发修改数据的同步问题。但如果阻塞了它,其它操作都要等待。
public open fun limitedParallelism(parallelism: Int): CoroutineDispatcher
suspend fun main(): Unit = coroutineScope {//使用默认IO模式launch {printTime(Dispatchers.IO)   //打印:Dispatchers.IO 花费了: 2038/}//使用limitedParallelism增加线程launch {val dispatcher = Dispatchers.IO.limitedParallelism(100)printTime(dispatcher)   //打印:LimitedDispatcher@1cc12797 花费了: 1037}
}suspend fun printTime(dispatcher: CoroutineDispatcher) {val time = measureTimeMillis {coroutineScope {repeat(100) {launch(dispatcher) {Thread.sleep(1000)}}}}println("$dispatcher 花费了: $time")
}

四、多线程并发问题

创建10个协程,每个协程执行 i++ 1000次,预期结果 i=10000。

4.1 避免使用共享变量

fun main() = runBlocking {val deferreds = mutableListOf<Deferred<Int>>()repeat(10) {val deferred = async(Dispatchers.Default) {var i = 0repeat(1000) { i++ }return@async i}deferreds.add(deferred)}var result = 0deferreds.forEach {result += it.await()}println("i = $result")
}
打印:i = 10000,耗时:77

4.2 使用Java方法(不推荐)

可以使用 Synchronized、Lock、Atomic。由于是线程模型下的阻塞方式,不支持调用挂起函数,会影响协程挂起特性。

4.2.1 使用同步锁

fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()var i = 0val jobs = mutableListOf<Job>()@Synchronizedfun add() { i++ }repeat(10) {val job = launch(Dispatchers.Default) {repeat(1000) { add() }}jobs.add(job)}jobs.joinAll()println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:71

4.2.2 使用同步代码块

fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()val lock = Any()var i = 0val jobs = mutableListOf<Job>()repeat(10) {val job = launch(Dispatchers.Default) {repeat(1000) {synchronized(lock) { i++ }}}jobs.add(job)}jobs.joinAll()println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:73

4.2.3 使用可重入锁 ReenTrantLock

fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()val lock = ReentrantLock()var i = 0val jobs = mutableListOf<Job>()repeat(10) {val job = launch(Dispatchers.Default) {repeat(1000) {lock.lock()i++lock.unlock()}}jobs.add(job)}jobs.joinAll()println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:83

4.2.4 使用 AtomicInteger 保证原子性

fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()var i = AtomicInteger(0)val jobs = mutableListOf<Job>()repeat(10) {val job = launch(Dispatchers.Default) {repeat(1000) { i.incrementAndGet() }}jobs.add(job)}jobs.joinAll()println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:89

4.3  使用单线程(不推荐)

在没有 limitedParallelism() 的 1.6 版本以前就是这样做的,该方式的问题是容易忘记使用 close() 关闭,以及可能会抵消的使用该线程池(将未使用的线程保持活跃状态却不与其它服务共享这些线程)。

fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()val mySingleDispatcher = Executors.newSingleThreadExecutor {Thread(it, "我的线程").apply { isDaemon = true }}.asCoroutineDispatcher()var i = 0val jobs = mutableListOf<Job>()repeat(10) {val job = launch(mySingleDispatcher) {repeat(1000) { i++ }}jobs.add(job)}jobs.joinAll()println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:64

4.4  使用 Mutex

Java方式不支持调用挂起函数,同步锁是阻塞式的会影响协程特性,为此 Kotlin 提供了非阻塞式锁Mutex。使用 mutex.lock() 和 mutex.unlock() 包裹需要同步的计算逻辑就可以实现多线程同步了,但由于包裹内容可能出现的异常使得 unlock() 无法被执行,写在 finally{} 中会很繁琐,因此提供了扩展函数 mutex.withLock{ },本质就是在 finally{ } 中调用了 unlock()。

public suspend inline fun <T> Mutex.withLock(owner: Any? = null, action: () -> T): T {
    lock(owner)
    try {
        return action()
    } finally {          // 注意,这里并没有 catch 代码块,所以不会捕获异常
        unlock(owner)
    }
}
fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()var i = 0val mutex = Mutex()//使用方式一mutex.lock()
//    try {
//        repeat(10000) { i++ }
//    } catch (e: Exception) {
//        e.printStackTrace()
//    } finally {
//        mutex.unlock()
//    }//使用方式二mutex.withLock {try {repeat(10000) { i++ }} catch (e: Exception) {e.printStackTrace()}}println("i = $i,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//方式一打印:i = 10000,耗时:17
//方式二打印:i = 10000,耗时:17

 4.5 使用 Actor

Actor是一个并发同步模型,本质是基于Channel管道消息实现的。

sealed class Msg {object AddMsg : Msg()class ResultMsg(val result: CompletableDeferred<Int>) : Msg()
}@OptIn(ObsoleteCoroutinesApi::class)
fun main() = runBlocking {val start = System.currentTimeMillis()val actor = actor<Msg> {var i = 0for (msg in channel) {when (msg) {is Msg.AddMsg -> i++is Msg.ResultMsg -> msg.result.complete(i)}}}val jobs = mutableListOf<Job>()repeat(10) {val job = launch {repeat(1000) {actor.send(Msg.AddMsg)}}jobs.add(job)}jobs.joinAll()val deferred = CompletableDeferred<Int>()actor.send(Msg.ResultMsg(deferred))val result = deferred.await()actor.close()println("i = $result,耗时:${System.currentTimeMillis() - start}")
}
//打印:i = 10000,耗时:167

 4.6 使用Semaphore

Semaphore是协程中的信号量 ,指定通行的数量为1就可以保证并发的数量为1。

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