[TOC] # 协程 ## 什么是协程？ **`Kotlin`协程的核心竞争力在于：它能简化异步并发任务，以同步方式写异步代码** 这也是为什么要引入协程的原因了：简化异步并发任务 ## 协程与线程的区别是什么？ 协程基于线程，但相对于线程轻量很多，可理解为在用户层模拟线程操作； 每创建一个协程，都有一个内核态线程动态绑定，用户态下实现调度、切换，真正执行任务的还是内核线程。 线程的上下文切换都需要内核参与，而协程的上下文切换，完全由用户去控制，避免了大量的中断参与，减少了线程上下文切换与调度消耗的资源。 线程是操作系统层面的概念，协程是语言层面的概念 **线程与协程最大的区别在于：线程是被动挂起恢复，协程是主动挂起恢复** ## `Kotlin`中的协程是什么？ "假"协程，`Kotlin`在语言级别并没有实现一种同步机制(锁)，还是依靠`Kotlin-JVM`的提供的`Java`关键字(如`synchronized`)，即锁的实现还是交给线程处理 因而`Kotlin`协程本质上只是一套基于原生`Java线程池` 的封装。 `Kotlin` 协程的核心竞争力在于：它能简化异步并发任务,以同步方式写异步代码。 # 协程要点 suspend 上面的代码之所以能写成类似`同步`的方式，关键还是在于那三个请求函数的定义。与普通函数不同的地方在于，它们都被 `suspend` 修饰，这代表它们都是：`挂起函数`。 ~~~kotlin // delay(1000L)用于模拟网络请求 //挂起函数 // ↓ suspend fun getUserInfo(): String { withContext(Dispatchers.IO) { delay(1000L) } return "BoyCoder" } //挂起函数 // ↓ suspend fun getFriendList(user: String): String { withContext(Dispatchers.IO) { delay(1000L) } return "Tom, Jack" } //挂起函数 // ↓ suspend fun getFeedList(list: String): String { withContext(Dispatchers.IO) { delay(1000L) } return "{FeedList..}" } 复制代码 ~~~ 那么，挂起函数到底是什么？ ## 挂起函数 挂起函数(Suspending Function)，从字面上理解，就是`可以被挂起的函数`。suspend 有：挂起，`暂停`的意思。在这个语境下，也有点暂停的意思。暂停更容易被理解，但挂起更准确。 挂起函数，能被**挂起**，当然也能**恢复**，他们一般是成对出现的。 我们来看看挂起函数的执行流程，注意动画当中出现的`闪烁`，这代表正在请求网络。 **一定要多看几遍，确保没有遗漏其中的细节。**  从上面的动画，我们能知道： * 表面上看起来是同步的代码，实际上也涉及到了线程切换。 * 一行代码，切换了两个线程。 * `=`左边：主线程 * `=`右边：IO线程 * 每一次从`主线程`到`IO线程`，都是一次协程`挂起`(suspend) * 每一次从`IO线程`到`主线程`，都是一次协程`恢复`(resume)。 * 挂起和恢复，这是挂起函数特有的能力，普通函数是不具备的。 * 挂起，只是将程序执行流程转移到了其他线程，主线程并未被阻塞。 * 如果以上代码运行在 Android 系统，我们的 App 是仍然可以响应用户的操作的，主线程并不繁忙，这也很容易理解。 挂起函数的执行流程我们已经很清楚了，那么，Kotlin 协程到底是如何做到`一行代码切换两个线程`的？ 这一切的`魔法`都藏在了挂起函数的`suspend`关键字里。 # suspend原理 `CPS`与`状态机`就是协程实现的核心 1. 增加了`Continuation`类型的参数 （callback 返回结果） 2. 返回类型从`String`转变成了`Any`（返回是否被挂起） 3. `continuation.label` 是状态流转的关键，`label`改变一次代表协程发生了一次挂起恢复 4. 我们写在协程里的代码，被拆分到状态机里各个状态中，分开执行 ## CPS 转化 下面用动画演示挂起函数在 `CPS` 转换过程中，函数签名的变化：  可以看出主要有两点变化 1.增加了`Continuation`类型的参数 2.返回类型从`String`转变成了`Any` 参数的变化我们之前讲过，为什么返回值要变呢？ ### 挂起函数返回值 挂起函数经过 `CPS` 转换后，它的返回值有一个重要作用：标志该挂起函数有没有被挂起。 听起来有点奇怪，挂起函数还会不挂起吗？ > 只要被`suspend`修饰的函数都是挂起函数，但是不是所有挂起函数都会被挂起 > 只有当挂起函数里包含异步操作时，它才会被真正挂起 由于 `suspend` 修饰的函数，既可能返回 `CoroutineSingletons.COROUTINE_SUSPENDED`，表示挂起 也可能返回同步运行的结果，甚至可能返回 null 为了适配所有的可能性，`CPS` 转换后的函数返回值类型就只能是 `Any?`了。 ## 状态机 `kotlin`协程的实现依赖于状态机 想要查看其实现，可以将`kotin`源码反编译成字节码来查看编译后的代码 关于字节码的分析之前已经有很多人做过了，而且做的很好,可参考:[Kotlin Jetpack 实战 | 09. 图解协程原理](https://juejin.cn/post/6883652600462327821#heading-14 "https://juejin.cn/post/6883652600462327821#heading-14") 读者可通过上面的链接进行详细的学习，下面给出状态机的动画演示  1. 协程实现的核心就是`CPS`变换与状态机 2. 协程执行到挂起函数，一个函数如果被挂起了，它的返回值会是：`CoroutineSingletons.COROUTINE_SUSPENDED` 3. 挂起函数执行完成后，通过`Continuation.resume`方法回调，这里的`Continuation`是通过`CPS`传入的 4. 传入的`Continuation`实际上是`ContinuationImpl`,`resume`方法最后会再次回到`invokeSuspend`方法中 5. `invokeSuspend`方法即是我们写的代码执行的地方，在协程运行过程中会执行多次 6. `invokeSuspend`中通过状态机实现状态的流转 7. `continuation.label` 是状态流转的关键，`label`改变一次代表协程发生了一次挂起恢复 8. 通过`break label`实现`goTo`的跳转效果 9. 我们写在协程里的代码，被拆分到状态机里各个状态中，分开执行 10. 每次协程切换后，都会检查是否发生异常 11. 切换协程之前，状态机会把之前的结果以成员变量的方式保存在 `continuation` 中。 以上是状态机流转的大概流程，读者可跟着参考链接，过一下编译后的字节码执行流程后，再来判断这个流程是否正确 # 协程怎么进行线程切换 简单来讲主要包括以下步骤： 1.向`CoroutineContext`添加`Dispatcher`，指定运行的协程 2.在启动时将`suspend block`创建成`Continuation`,并调用`intercepted`生成`DispatchedContinuation` 3.`DispatchedContinuation`就是对原有协程的装饰，在这里调用`Dispatcher`完成线程切换任务后，`resume`被装饰的协程，就会执行协程体内的代码了 **其实`kotlin`协程就是用装饰器模式实现线程切换的** # Flow `Flow` 就是 `Kotlin` 协程与响应式编程模型结合的产物，你会发现它与 `RxJava` 非常像，二者之间也有相互转换的 `API`，使用起来非常方便。 `Flow`有以下特点： 1.冷数据流，不消费则不生产,这一点与`Channel`正相反：`Channel`的发送端并不依赖于接收端。 2.`Flow`通过`flowOn`改变数据发射的线程，数据消费线程则由协程所在线程决定 3.与`RxJava`类似,支持通过`catch`捕获异常,通过`onCompletion` 回调完成 4.`Flow`没有提供取消方法，可以通过取消`Flow`所在协程的方式来取消 ## `Flow`为什么是个冷流？ 冷流即开始消费时才生产数据，不消费则不生产，我们来看下源码 先看下`flow{}`中发生了什么 ~~~kotlin public fun <T> flow(@BuilderInference block: suspend FlowCollector<T>.() -> Unit): Flow<T> = SafeFlow(block) // Named anonymous object private class SafeFlow<T>(private val block: suspend FlowCollector<T>.() -> Unit) : AbstractFlow<T>() { override suspend fun collectSafely(collector: FlowCollector<T>) { collector.block() } } 复制代码 ~~~ 可以看出，`flow{}`中做的事也很简单，主要就是创建了一个继承自`AbstractFlow`的`SafeFlow` 再来看下`AbstractFlow`中的内容 ~~~kotlin public abstract class AbstractFlow<T> : Flow<T> { @InternalCoroutinesApi public final override suspend fun collect(collector: FlowCollector<T>) { // 1. collector 做一层包装 val safeCollector = SafeCollector(collector, coroutineContext) try { // 2. 处理数据接收者 collectSafely(safeCollector) } finally { // 3. 释放协程相关的参数 safeCollector.releaseIntercepted() } } // collectSafely 方法应当遵循以下的约束 // 1. 不应当在collectSafely方法里面切换线程，比如 withContext(Dispatchers.IO) // 2. collectSafely 默认不是线程安全的 public abstract suspend fun collectSafely(collector: FlowCollector<T>) } private class SafeFlow<T>(private val block: suspend FlowCollector<T>.() -> Unit) : AbstractFlow<T>() { override suspend fun collectSafely(collector: FlowCollector<T>) { collector.block() } } 复制代码 ~~~ 发现主要做了三件事： 1.对数据接收方`FlowCollector` 做了一层包装，也就是这个`SafeCollector` 2.调用它里面的抽象方法`AbstractFlow#collectSafely` 方法。 3.释放协程的一些信息。 结合以下之前看的`SafeFlow`，它实现了`AbstractFlow#collectSafely`方法，调用了`collector.block()`，也就是运行了`flow{}`块中的代码。 现在就很清晰了，为什么`Flow`是冷流? **因为它会在每一次`collect`的时候才会去触发发送数据的动作** ## `Flow`是怎么切换线程的 `Flow`切换线程的方式与协程切换线程是类似的 都是通过启动一个子协程，然后通过`CoroutineContext`中的`Dispatchers`切换线程 不同的地方在于`Flow`切换过程中利用了`Channel`来传递数据  由于`Flow`切换线程的源码过多，就不在这里缀述了，有兴趣的同学可以跟一下源码，详情可见：[flowOn()如何做到切换协程](https://juejin.cn/post/6914802148614242312#heading-9 "https://juejin.cn/post/6914802148614242312#heading-9") # 协程异常处理 ## CoroutineExceptionHandler * “ CoroutineExceptionHandler是用于全局“全部捕获”行为的最后手段。 您无法从CoroutineExceptionHandler中的异常中恢复。 当调用处理程序时，协程已经完成，并带有相应的异常。 通常，处理程序用于记录异常，显示某种错误消息，终止和/或重新启动应用程序。 * 为了使CoroutineExceptionHandler起作用，必须将其设置在CoroutineScope或顶级协程中。 * 如果需要在代码的特定部分处理异常，建议在协程内部的相应代码周围使用try / catch。 这样，您可以防止协程异常完成（现在已捕获异常），重试该操作和/或采取其他任意操作： # 异常的传播机制 本文主要分析了`kotlin`协程的异常传播机制，主要分为以下几步 1. 协程体内抛出异常 2. 判断是否是`CancellationException`,如果是则不做处理 3. 判断父协程是否为空或为`supervisorScope`,如果是则调用`handleJobException`，处理异常 4. 如果不是则将异常传递给父协程，然后父协程再进行一遍上面的流程 以上步骤总结为流程图如下所示：  # 参考资料 [全民 Kotlin：协程特别篇](https://mp.weixin.qq.com/s/xqAdliU4g0cV1oIwwwYJlA) [【带着问题学】协程到底是什么?](https://juejin.cn/post/6973650934664527885) [Kotlin Jetpack 实战 | 09. 图解协程原理](https://juejin.cn/post/6883652600462327821) [协程异常机制与优雅封装 | 技术点评](https://juejin.cn/post/6935472332735512606)