Kotlin協(xié)程到底是如何切換線程的
隨著kotlin在Android開(kāi)發(fā)領(lǐng)域越來(lái)越火,協(xié)程在各個(gè)項(xiàng)目中的應(yīng)用也逐漸變得廣泛
但是協(xié)程到底是什么呢?
協(xié)程其實(shí)是個(gè)古老的概念,已經(jīng)非常成熟了,但大家對(duì)它的概念一直存在各種疑問(wèn),眾說(shuō)紛紛
有人說(shuō)協(xié)程是輕量級(jí)的線程,也有人說(shuō)kotlin協(xié)程其實(shí)本質(zhì)是一套線程切換方案
顯然這對(duì)初學(xué)者不太友好,當(dāng)不清楚一個(gè)東西是什么的時(shí)候,就很難進(jìn)入為什么和怎么辦的階段了
本文主要就是回答這個(gè)問(wèn)題,主要包括以下內(nèi)容
1.關(guān)于協(xié)程的一些前置知識(shí)
2.協(xié)程到底是什么?
3.kotlin協(xié)程的一些基本概念,掛起函數(shù),CPS轉(zhuǎn)換,狀態(tài)機(jī)等
以上問(wèn)題總結(jié)為思維導(dǎo)圖如下:
1. 前置知識(shí)
1.1 CoroutineScope
到底是什么?
CoroutineScope
即協(xié)程運(yùn)行的作用域,它的源碼很簡(jiǎn)單
public interface CoroutineScope { public val coroutineContext: CoroutineContext }
可以看出CoroutineScope
的代碼很簡(jiǎn)單,主要作用是提供CoroutineContext
,協(xié)程運(yùn)行的上下文
我們常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)有GlobalScope
,LifecycleScope
,ViewModelScope
等
1.2 GlobalScope
與ViewModelScope
有什么區(qū)別?
public object GlobalScope : CoroutineScope { /** * 返回 [EmptyCoroutineContext]. */ override val coroutineContext: CoroutineContext get() = EmptyCoroutineContext } public val ViewModel.viewModelScope: CoroutineScope get() { val scope: CoroutineScope? = this.getTag(JOB_KEY) if (scope != null) { return scope } return setTagIfAbsent( JOB_KEY, CloseableCoroutineScope(SupervisorJob() + Dispatchers.Main.immediate) ) }
兩者的代碼都挺簡(jiǎn)單,從上面可以看出
1.GlobalScope
返回的為CoroutineContext
的空實(shí)現(xiàn)
2.ViewModelScope
則往CoroutineContext
中添加了Job
與Dispatcher
我們先來(lái)看一段簡(jiǎn)單的代碼
fun testOne(){ GlobalScope.launch { print("1:" + Thread.currentThread().name) delay(1000) print("2:" + Thread.currentThread().name) } } //打印結(jié)果為:DefaultDispatcher-worker-1 fun testTwo(){ viewModelScope.launch { print("1:" + Thread.currentThread().name) delay(1000) print("2:" + Thread.currentThread().name) } } //打印結(jié)果為: main
上面兩種Scope
啟動(dòng)協(xié)程后,打印當(dāng)前線程名是不同的,一個(gè)是線程池中的一個(gè)線程,一個(gè)則是主線程
這是因?yàn)?code>ViewModelScope在CoroutineContext
中添加了Dispatchers.Main.immediate
的原因
我們可以得出結(jié)論:協(xié)程就是通過(guò)Dispatchers
調(diào)度器來(lái)控制線程切換的
1.3 什么是調(diào)度器?
從使用上來(lái)講,調(diào)度器就是我們使用的Dispatchers.Main
,Dispatchers.Default
,Dispatcher.IO
等
從作用上來(lái)講,調(diào)度器的作用是控制協(xié)程運(yùn)行的線程
從結(jié)構(gòu)上來(lái)講,Dispatchers
的父類(lèi)是ContinuationInterceptor
,然后再繼承于CoroutineContext
它們的類(lèi)結(jié)構(gòu)關(guān)系如下:
這也是為什么Dispatchers
能加入到CoroutineContext
中的原因,并且支持+
操作符來(lái)完成增加
1.4 什么是攔截器
從命名上很容易看出,ContinuationInterceptor
即協(xié)程攔截器,先看一下接口
interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element { // ContinuationInterceptor 在 CoroutineContext 中的 Key companion object Key : CoroutineContext.Key<ContinuationInterceptor> /** * 攔截 continuation */ fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T> //... }
從上面可以提煉出兩個(gè)信息
1.攔截器的Key
是單例的,因此當(dāng)你添加多個(gè)攔截器時(shí),生效的只會(huì)有一個(gè)
2.我們都知道,Continuation
在調(diào)用其Continuation#resumeWith()
方法,會(huì)執(zhí)行其suspend
修飾的函數(shù)的代碼塊,如果我們提前攔截到,是不是可以做點(diǎn)其他事情?這就是調(diào)度器切換線程的原理
上面我們已經(jīng)介紹了是通過(guò)Dispatchers
指定協(xié)程運(yùn)行的線程,通過(guò)interceptContinuation
在協(xié)程恢復(fù)前進(jìn)行攔截,從而切換線程
帶著這些前置知識(shí),我們一起來(lái)看下協(xié)程啟動(dòng)的具體流程,明確下協(xié)程切換線程源碼具體實(shí)現(xiàn)
2. 協(xié)程線程切換源碼分析
2.1 launch
方法解析
我們首先看一下協(xié)程是怎樣啟動(dòng)的,傳入了什么參數(shù)
public fun CoroutineScope.launch( context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext, start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT, block: suspend CoroutineScope.() -> Unit ): Job { val newContext = newCoroutineContext(context) val coroutine = if (start.isLazy) LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else StandaloneCoroutine(newContext, active = true) coroutine.start(start, coroutine, block) return coroutine }
總共有3個(gè)參數(shù):
1.傳入的協(xié)程上下文
2.CoroutinStart
啟動(dòng)器,是個(gè)枚舉類(lèi),定義了不同的啟動(dòng)方法,默認(rèn)是CoroutineStart.DEFAULT
3.block
就是我們傳入的協(xié)程體,真正要執(zhí)行的代碼
這段代碼主要做了兩件事:
1.組合新的CoroutineContext
2.再創(chuàng)建一個(gè) Continuation
2.1.1 組合新的CoroutineContext
public actual fun CoroutineScope.newCoroutineContext(context: CoroutineContext): CoroutineContext { val combined = coroutineContext + context val debug = if (DEBUG) combined + CoroutineId(COROUTINE_ID.incrementAndGet()) else combined return if (combined !== Dispatchers.Default && combined[ContinuationInterceptor] == null) debug + Dispatchers.Default else debug }
從上面可以提煉出以下信息:
1.會(huì)將launch
方法傳入的context
與CoroutineScope
中的context
組合起來(lái)
2.如果combined
中沒(méi)有攔截器,會(huì)傳入一個(gè)默認(rèn)的攔截器,即Dispatchers.Default
,這也解釋了為什么我們沒(méi)有傳入攔截器時(shí)會(huì)有一個(gè)默認(rèn)切換線程的效果
2.1.2 創(chuàng)建一個(gè)Continuation
val coroutine = if (start.isLazy) LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else StandaloneCoroutine(newContext, active = true) coroutine.start(start, coroutine, block)
默認(rèn)情況下,我們會(huì)創(chuàng)建一個(gè)StandloneCoroutine
值得注意的是,這個(gè)coroutine
其實(shí)是我們協(xié)程體的complete
,即成功后的回調(diào),而不是協(xié)程體本身
然后調(diào)用coroutine.start
,這表明協(xié)程開(kāi)始啟動(dòng)了
2.2 協(xié)程的啟動(dòng)
public fun <R> start(start: CoroutineStart, receiver: R, block: suspend R.() -> T) { initParentJob() start(block, receiver, this) }
接著調(diào)用CoroutineStart
的start
來(lái)啟動(dòng)協(xié)程,默認(rèn)情況下調(diào)用的是CoroutineStart.Default
經(jīng)過(guò)層層調(diào)用,最后到達(dá)了:
internal fun <R, T> (suspend (R) -> T).startCoroutineCancellable(receiver: R, completion: Continuation<T>) = runSafely(completion) { // 外面再包一層 Coroutine createCoroutineUnintercepted(receiver, completion) // 如果需要,做攔截處理 .intercepted() // 調(diào)用 resumeWith 方法 .resumeCancellableWith(Result.success(Unit)) }
這里就是協(xié)程啟動(dòng)的核心代碼,雖然比較短,卻包括3個(gè)步驟:
1.創(chuàng)建協(xié)程體Continuation
2.創(chuàng)建攔截 Continuation
,即DispatchedContinuation
3.執(zhí)行DispatchedContinuation.resumeWith
方法
2.3 創(chuàng)建協(xié)程體Continuation
調(diào)用createCoroutineUnintercepted
,會(huì)把我們的協(xié)程體即suspend block
轉(zhuǎn)換成Continuation
,它是SuspendLambda
,繼承自ContinuationImpl
createCoroutineUnintercepted
方法在源碼中找不到具體實(shí)現(xiàn),不過(guò)如果你把協(xié)程體代碼反編譯后就可以看到真正的實(shí)現(xiàn)
詳情可見(jiàn):字節(jié)碼反編譯
2.4 創(chuàng)建DispatchedContinuation
public actual fun <T> Continuation<T>.intercepted(): Continuation<T> = (this as? ContinuationImpl)?.intercepted() ?: this //ContinuationImpl public fun intercepted(): Continuation<Any?> = intercepted ?: (context[ContinuationInterceptor]?.interceptContinuation(this) ?: this) .also { intercepted = it } //CoroutineDispatcher public final override fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T> = DispatchedContinuation(this, continuation)
從上可以提煉出以下信息
1.interepted
是個(gè)擴(kuò)展方法,最后會(huì)調(diào)用到ContinuationImpl.intercepted
方法
2.在intercepted
會(huì)利用CoroutineContext
,獲取當(dāng)前的攔截器
3.因?yàn)楫?dāng)前的攔截器是CoroutineDispatcher
,因此最終會(huì)返回一個(gè)DispatchedContinuation
,我們其實(shí)也是利用它實(shí)現(xiàn)線程切換的
4.我們將協(xié)程體的Continuation
傳入DispatchedContinuation
,這里其實(shí)用到了裝飾器模式
,實(shí)現(xiàn)功能的增強(qiáng)
這里其實(shí)很明顯了,通過(guò)DispatchedContinuation
裝飾原有協(xié)程,在DispatchedContinuation
里通過(guò)調(diào)度器處理線程切換,不影響原有邏輯,實(shí)現(xiàn)功能的增強(qiáng)
2.5 攔截處理
//DispatchedContinuation inline fun resumeCancellableWith( result: Result<T>, noinline onCancellation: ((cause: Throwable) -> Unit)? ) { val state = result.toState(onCancellation) if (dispatcher.isDispatchNeeded(context)) { _state = state resumeMode = MODE_CANCELLABLE dispatcher.dispatch(context, this) } else { executeUnconfined(state, MODE_CANCELLABLE) { if (!resumeCancelled(state)) { resumeUndispatchedWith(result) } } } }
上面說(shuō)到了啟動(dòng)時(shí)會(huì)調(diào)用DispatchedContinuation
的resumeCancellableWith
方法
這里面做的事也很簡(jiǎn)單:
1.如果需要切換線程,調(diào)用dispatcher.dispatcher
方法,這里的dispatcher
是通過(guò)CoroutineConext
取出來(lái)的
2.如果不需要切換線程,直接運(yùn)行原有線程即可
2.5.2 調(diào)度器的具體實(shí)現(xiàn)
我們首先明確下,CoroutineDispatcher
是通過(guò)CoroutineContext
取出來(lái)的,這也是協(xié)程上下文作用的體現(xiàn)
CoroutineDispater
官方提供了四種實(shí)現(xiàn):Dispatchers.Main
,Dispatchers.IO
,Dispatchers.Default
,Dispatchers.Unconfined
我們一起簡(jiǎn)單看下Dispatchers.Main
的實(shí)現(xiàn)
internal class HandlerContext private constructor( private val handler: Handler, private val name: String?, private val invokeImmediately: Boolean ) : HandlerDispatcher(), Delay { public constructor( handler: Handler, name: String? = null ) : this(handler, name, false) //... override fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable) { // 利用主線程的 Handler 執(zhí)行任務(wù) handler.post(block) } }
可以看到,其實(shí)就是用handler
切換到了主線程
如果用Dispatcers.IO
也是一樣的,只不過(guò)換成線程池切換了
如上所示,其實(shí)就是一個(gè)裝飾模式
1.調(diào)用CoroutinDispatcher.dispatch
方法切換線程
2.切換完成后調(diào)用DispatchedTask.run
方法,執(zhí)行真正的協(xié)程體
3 delay
是怎樣切換線程的?
上面我們介紹了協(xié)程線程調(diào)度的基本原理與實(shí)現(xiàn),下面我們來(lái)回答幾個(gè)小問(wèn)題
我們知道delay
函數(shù)會(huì)掛起,然后等待一段時(shí)間再恢復(fù)。
可以想象,這里面應(yīng)該也涉及到線程的切換,具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?
public suspend fun delay(timeMillis: Long) { if (timeMillis <= 0) return // don't delay return suspendCancellableCoroutine sc@ { cont: CancellableContinuation<Unit> -> // if timeMillis == Long.MAX_VALUE then just wait forever like awaitCancellation, don't schedule. if (timeMillis < Long.MAX_VALUE) { cont.context.delay.scheduleResumeAfterDelay(timeMillis, cont) } } } internal val CoroutineContext.delay: Delay get() = get(ContinuationInterceptor) as? Delay ?: DefaultDelay
Dealy
的代碼也很簡(jiǎn)單,從上面可以提煉出以下信息
delay
的切換也是通過(guò)攔截器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,內(nèi)置的攔截器同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了Delay
接口
我們來(lái)看一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)
internal class HandlerContext private constructor( private val handler: Handler, private val name: String?, private val invokeImmediately: Boolean ) : HandlerDispatcher(), Delay { override fun scheduleResumeAfterDelay(timeMillis: Long, continuation: CancellableContinuation<Unit>) { // 利用主線程的 Handler 延遲執(zhí)行任務(wù),將完成的 continuation 放在任務(wù)中執(zhí)行 val block = Runnable { with(continuation) { resumeUndispatched(Unit) } } handler.postDelayed(block, timeMillis.coerceAtMost(MAX_DELAY)) continuation.invokeOnCancellation { handler.removeCallbacks(block) } } //.. }
1.可以看出,其實(shí)也是通過(guò)handler.postDelayed
實(shí)現(xiàn)延時(shí)效果的
2.時(shí)間到了之后,再通過(guò)resumeUndispatched
方法恢復(fù)協(xié)程
3.如果我們用的是Dispatcher.IO
,效果也是一樣的,不同的就是延時(shí)效果是通過(guò)切換線程實(shí)現(xiàn)的
4. withContext
是怎樣切換線程的?
我們?cè)趨f(xié)程體內(nèi),可能通過(guò)withContext
方法簡(jiǎn)單便捷的切換線程,用同步的方式寫(xiě)異步代碼,這也是kotin
協(xié)程的主要優(yōu)勢(shì)之一
fun test(){ viewModelScope.launch(Dispatchers.Main) { print("1:" + Thread.currentThread().name) withContext(Dispatchers.IO){ delay(1000) print("2:" + Thread.currentThread().name) } print("3:" + Thread.currentThread().name) } } //1,2,3處分別輸出main,DefaultDispatcher-worker-1,main
可以看出這段代碼做了一個(gè)切換線程然后再切換回來(lái)的操作,我們可以提出兩個(gè)問(wèn)題
1.withContext
是怎樣切換線程的?
2.withContext
內(nèi)的協(xié)程體結(jié)束后,線程怎樣切換回到Dispatchers.Main
?
public suspend fun <T> withContext( context: CoroutineContext, block: suspend CoroutineScope.() -> T ): T { return suspendCoroutineUninterceptedOrReturn sc@ { uCont -> // 創(chuàng)建新的context val oldContext = uCont.context val newContext = oldContext + context .... //使用新的Dispatcher,覆蓋外層 val coroutine = DispatchedCoroutine(newContext, uCont) coroutine.initParentJob() //DispatchedCoroutine作為了complete傳入 block.startCoroutineCancellable(coroutine, coroutine) coroutine.getResult() } } private class DispatchedCoroutine<in T>( context: CoroutineContext, uCont: Continuation<T> ) : ScopeCoroutine<T>(context, uCont) { //在complete時(shí)會(huì)會(huì)回調(diào) override fun afterCompletion(state: Any?) { afterResume(state) } override fun afterResume(state: Any?) { //uCont就是父協(xié)程,context仍是老版context,因此可以切換回原來(lái)的線程上 uCont.intercepted().resumeCancellableWith(recoverResult(state, uCont)) } }
這段代碼其實(shí)也很簡(jiǎn)單,可以提煉出以下信息
1.withContext
其實(shí)就是一層Api
封裝,最后調(diào)用到了startCoroutineCancellable
,這就跟launch
后面的流程一樣了,我們就不繼續(xù)跟了
2.傳入的context
會(huì)覆蓋外層的攔截器并生成一個(gè)newContext
,因此可以實(shí)現(xiàn)線程的切換
3.DispatchedCoroutine
作為complete
傳入?yún)f(xié)程體的創(chuàng)建函數(shù)中,因此協(xié)程體執(zhí)行完成后會(huì)回調(diào)到afterCompletion
中
4.DispatchedCoroutine
中傳入的uCont
是父協(xié)程,它的攔截器仍是外層的攔截器,因此會(huì)切換回原來(lái)的線程中
總結(jié)
本文主要回答了kotlin
協(xié)程到底是怎么切換線程的這個(gè)問(wèn)題,并對(duì)源碼進(jìn)行了分析
簡(jiǎn)單來(lái)講主要包括以下步驟:
1.向CoroutineContext
添加Dispatcher
,指定運(yùn)行的協(xié)程
2.在啟動(dòng)時(shí)將suspend block
創(chuàng)建成Continuation
,并調(diào)用intercepted
生成DispatchedContinuation
3.DispatchedContinuation
就是對(duì)原有協(xié)程的裝飾,在這里調(diào)用Dispatcher
完成線程切換任務(wù)后,resume
被裝飾的協(xié)程,就會(huì)執(zhí)行協(xié)程體內(nèi)的代碼了
其實(shí)kotlin
協(xié)程就是用裝飾器模式實(shí)現(xiàn)線程切換的
看起來(lái)似乎有不少代碼,但是真正的思路其實(shí)還是挺簡(jiǎn)單的,這大概就是設(shè)計(jì)模式的作用吧
最后
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