Part 01

 什么是協程 

作為開發人員尤其是客戶端應用開發，我們一直面臨著需要解決的問題——如何防止我們的應用程序被阻塞。考慮下面一個異步應用場景。客戶端順序進行3次網絡請求，最后更新UI展示結果。

圖片

圖1 異步場景

有多種方法實現上述需求，主流的包括：

• 回調
• Rx（反應式擴展）
• 協程

1.1 回調方式

圖2 回調代碼示例

異步回調的方式雖然實現了需求,但是這種結構的代碼無論是閱讀還是維護起來都是極其糟糕的。這種回調函數的層層嵌套耦合，親切地稱為 "回調地獄"。

1.2 Rx方式

圖3 Rx代碼示例

Rx系列的鏈式調用，是在協程之前推薦的做法，RxJava豐富的操作符、簡便的線程調度、異常處理使得大多數人滿意。但是還有沒有更簡潔易讀的寫法呢？

1.3 協程方式

圖4 協程代碼示例

使用協程后的代碼非常簡潔，以順序的方式編寫異步代碼，不會阻塞當前UI線程，錯誤處理、線程切換也和平常代碼一樣簡單。

協程具有以下幾個特點：

• 輕量：您可以在單個線程上運行多個協程，因為協程支持掛起，掛起時不需要阻塞線程，幾乎是無代價的，協程是由開發者控制的。所以協程也像用戶態的線程，非常輕量級。
• 內存泄漏更少：使用結構化并發機制在一個作用域內執行多項操作。
• 內置取消支持：取消操作會自動在運行中的整個協程層次結構內傳播。
• Jetpack集成：許多Jetpack庫都提供全面協程支持的擴展。某些庫還提供自己的協程作用域，可用于結構化并發。

總而言之：協程可以簡化異步編程，可以順序地表達程序。協程使用掛起，這意味可以在代碼的特定點暫停和恢復執行，無需阻塞主線程或顯示創建額外的線程。

Part 02

協程的使用 

- 引入gradle依賴

圖5 gradle依賴引入

- 啟動協程

圖6 啟動協程

上面就是啟動協程的代碼，啟動協程的代碼可以分為三部分：GlobalScope、launch、Dispatchers，它們分別對應：協程的作用域、構建器和調度器。

2.1 協程作用域

指的是協程內的代碼運行的時間周期范圍，如果超出了指定的協程范圍，協程會被取消執行。

官方庫給我們提供了一些作用域可以直接來使用：

• runBlocking

頂層函數，但是它會阻塞當前線程，主要用于測試。

• GlobalScope

全局協程作用域，它啟動的協程的生命周期只受整個應用程序的生命周期的限制，且不能取消，運行時會消耗一些內存資源，這可能會導致內存泄露，不適用于業務開發。

• coroutineScope

創建一個獨立的協程作用域，直到所有啟動的協程都完成后才結束自身。它是一個掛起函數，需要運行在協程內或掛起函數內，為并行分解工作而設計的。

• supervisorScope

與coroutineScope類似，不同的是子協程的異常不會影響父協程，也不會影響其他子協程。

• MainScope

為UI組件創建主作用域。一個頂層函數，上下文是SupervisorJob() + Dispatchers.Main，說明它是一個在主線程執行的協程作用域。推薦使用。

Android官方對協程的支持是非常友好的，KTX為Jetpack的Lifecycle相關組件提供了已經綁定UV聲明周期的作用域供我們直接使用：

• lifecycleScope

與Lifecycle綁定生命周期，生命周期被銷毀時，此作用域將被取消不會造成協程泄漏，推薦使用。

• viewModelScope

與lifecycleScope類似，與ViewModel綁定生命周期，當ViewModel被清除時，這個作用域將被取消，推薦使用。

2.2 調度器

調度器的作用是將協程限制在特定的線程執行。主要的調度器類型有：

• Dispatchers.Main：指定執行的線程是主線程
• Dispatchers.IO：指定執行的線程是IO線程
• Dispatchers.Default：默認的調度器，適合執行CPU密集性的任務
• Dispatchers.Unconfined：非限制的調度器，指定的線程可能會隨著掛起的函數的發生變化

2.3 構建器

kotlinx.continues庫提供的三個基本協程構建器：

• Launch
• async
• runBlocking

launch{}是最常用的協程構建器，不阻塞當前線程，在后臺創建一個新協程，也可以指定協程調度器。

async創建一個新的協程，不會阻塞當前線程，必須在協程作用域中才可以調用，并返回Deffer對象。可通過調用Deffer.await()方法等待該子協程執行完成并獲取結果。常用于并發執行-同步等待和獲取返回值的情況。

runBlocking是創建一個新的協程同時阻塞當前線程，直到協程結束，主要是為測試設計。

Part 03

協程掛起、恢復原理剖析 

協程的概念最核心的點就是掛起，即函數或者某段程序可以在某個時刻暫停執行并稍后恢復。suspend是Kotlin協程最核心的關鍵字，使用suspend關鍵字修飾的函數叫作掛起函數，掛起函數只能在協程體內或者在其他掛起函數內調用。內部實現使用了Kotlin編譯器的一些編譯技術，被關鍵字suspend修飾的方法在編譯階段,編譯器會修改方法的簽名. 包括返回值,修飾符,入參,方法體實現。我們以下面一個簡單的掛起方法來剖析。

圖7 掛起函數

通過AS的工具欄中 Tools->Kotlin->show Kotlin ByteCode，得到java字節碼，再點擊Decompile按鈕反編譯成java源碼：

圖8 掛起函數反編譯java源碼

上面主要步驟為：

1??函數返回值變成Object，函數入參編譯后增加了Continuation參數。

2??創建一個ContinuationImpl ，復寫invokeSuspend()方法，在這個方法里面它又調用了一次自己，并且把continuation傳遞進去。

3??在switch狀態機中，label初始值為0，第一次會進入case 0分支，delay()是一個掛起函數，傳入上面的continuation參數，會有一個Object類型的返回值。

4??DelayKt.delay(2000, continuation)的返回結果如果是 COROUTINE_SUSPENDED，則直接return，那么方法執行就被結束了，方法就被掛起了。

這就是掛起的真正原理。協程的掛起本質上是方法的掛起，而方法的掛起本質上是return，協程的恢復本質上方法的恢復，而恢復的本質是callback回調。

Part 04

 總結 

異步編程是現代軟件開發的重要組成部分，它允許我們創建響應迅速、可擴展的應用程序。Kotlin協程是一款輕量級、高效、易于使用的并發框架，借助Kotlin的語言優勢，用同步的方式寫出異步的代碼，變得更加可維護和可讀，有助于改善開發體驗。在Android客戶端開發中，結合Jetpack可以更加輕松使用不阻塞UI線程同時避免內存泄露。