Part 01

 什么是协程 

作为开发人员尤其是客户端应用开发，我们一直面临着需要解决的问题——如何防止我们的应用程序被阻塞。考虑下面一个异步应用场景。客户端顺序进行3次网络请求，最后更新UI展示结果。

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图1 异步场景

有多种方法实现上述需求，主流的包括：

• 回调
• Rx（反应式扩展）
• 协程

1.1 回调方式

图2 回调代码示例

异步回调的方式虽然实现了需求,但是这种结构的代码无论是阅读还是维护起来都是极其糟糕的。这种回调函数的层层嵌套耦合，亲切地称为 "回调地狱"。

1.2 Rx方式

图3 Rx代码示例

Rx系列的链式调用，是在协程之前推荐的做法，RxJava丰富的操作符、简便的线程调度、异常处理使得大多数人满意。但是还有没有更简洁易读的写法呢？

1.3 协程方式

图4 协程代码示例

使用协程后的代码非常简洁，以顺序的方式编写异步代码，不会阻塞当前UI线程，错误处理、线程切换也和平常代码一样简单。

协程具有以下几个特点：

• 轻量：您可以在单个线程上运行多个协程，因为协程支持挂起，挂起时不需要阻塞线程，几乎是无代价的，协程是由开发者控制的。所以协程也像用户态的线程，非常轻量级。
• 内存泄漏更少：使用结构化并发机制在一个作用域内执行多项操作。
• 内置取消支持：取消操作会自动在运行中的整个协程层次结构内传播。
• Jetpack集成：许多Jetpack库都提供全面协程支持的扩展。某些库还提供自己的协程作用域，可用于结构化并发。

总而言之：协程可以简化异步编程，可以顺序地表达程序。协程使用挂起，这意味可以在代码的特定点暂停和恢复执行，无需阻塞主线程或显示创建额外的线程。

Part 02

协程的使用 

- 引入gradle依赖

图5 gradle依赖引入

- 启动协程

图6 启动协程

上面就是启动协程的代码，启动协程的代码可以分为三部分：GlobalScope、launch、Dispatchers，它们分别对应：协程的作用域、构建器和调度器。

2.1 协程作用域

指的是协程内的代码运行的时间周期范围，如果超出了指定的协程范围，协程会被取消执行。

官方库给我们提供了一些作用域可以直接来使用：

• runBlocking

顶层函数，但是它会阻塞当前线程，主要用于测试。

• GlobalScope

全局协程作用域，它启动的协程的生命周期只受整个应用程序的生命周期的限制，且不能取消，运行时会消耗一些内存资源，这可能会导致内存泄露，不适用于业务开发。

• coroutineScope

创建一个独立的协程作用域，直到所有启动的协程都完成后才结束自身。它是一个挂起函数，需要运行在协程内或挂起函数内，为并行分解工作而设计的。

• supervisorScope

与coroutineScope类似，不同的是子协程的异常不会影响父协程，也不会影响其他子协程。

• MainScope

为UI组件创建主作用域。一个顶层函数，上下文是SupervisorJob() + Dispatchers.Main，说明它是一个在主线程执行的协程作用域。推荐使用。

Android官方对协程的支持是非常友好的，KTX为Jetpack的Lifecycle相关组件提供了已经绑定UV声明周期的作用域供我们直接使用：

• lifecycleScope

与Lifecycle绑定生命周期，生命周期被销毁时，此作用域将被取消不会造成协程泄漏，推荐使用。

• viewModelScope

与lifecycleScope类似，与ViewModel绑定生命周期，当ViewModel被清除时，这个作用域将被取消，推荐使用。

2.2 调度器

调度器的作用是将协程限制在特定的线程执行。主要的调度器类型有：

• Dispatchers.Main：指定执行的线程是主线程
• Dispatchers.IO：指定执行的线程是IO线程
• Dispatchers.Default：默认的调度器，适合执行CPU密集性的任务
• Dispatchers.Unconfined：非限制的调度器，指定的线程可能会随着挂起的函数的发生变化

2.3 构建器

kotlinx.continues库提供的三个基本协程构建器：

• Launch
• async
• runBlocking

launch{}是最常用的协程构建器，不阻塞当前线程，在后台创建一个新协程，也可以指定协程调度器。

async创建一个新的协程，不会阻塞当前线程，必须在协程作用域中才可以调用，并返回Deffer对象。可通过调用Deffer.await()方法等待该子协程执行完成并获取结果。常用于并发执行-同步等待和获取返回值的情况。

runBlocking是创建一个新的协程同时阻塞当前线程，直到协程结束，主要是为测试设计。

Part 03

协程挂起、恢复原理剖析 

协程的概念最核心的点就是挂起，即函数或者某段程序可以在某个时刻暂停执行并稍后恢复。suspend是Kotlin协程最核心的关键字，使用suspend关键字修饰的函数叫作挂起函数，挂起函数只能在协程体内或者在其他挂起函数内调用。内部实现使用了Kotlin编译器的一些编译技术，被关键字suspend修饰的方法在编译阶段,编译器会修改方法的签名. 包括返回值,修饰符,入参,方法体实现。我们以下面一个简单的挂起方法来剖析。

图7 挂起函数

通过AS的工具栏中 Tools->Kotlin->show Kotlin ByteCode，得到java字节码，再点击Decompile按钮反编译成java源码：

图8 挂起函数反编译java源码

上面主要步骤为：

1️⃣函数返回值变成Object，函数入参编译后增加了Continuation参数。

2️⃣创建一个ContinuationImpl ，复写invokeSuspend()方法，在这个方法里面它又调用了一次自己，并且把continuation传递进去。

3️⃣在switch状态机中，label初始值为0，第一次会进入case 0分支，delay()是一个挂起函数，传入上面的continuation参数，会有一个Object类型的返回值。

4️⃣DelayKt.delay(2000, continuation)的返回结果如果是 COROUTINE_SUSPENDED，则直接return，那么方法执行就被结束了，方法就被挂起了。

这就是挂起的真正原理。协程的挂起本质上是方法的挂起，而方法的挂起本质上是return，协程的恢复本质上方法的恢复，而恢复的本质是callback回调。

Part 04

 总结 

异步编程是现代软件开发的重要组成部分，它允许我们创建响应迅速、可扩展的应用程序。Kotlin协程是一款轻量级、高效、易于使用的并发框架，借助Kotlin的语言优势，用同步的方式写出异步的代码，变得更加可维护和可读，有助于改善开发体验。在Android客户端开发中，结合Jetpack可以更加轻松使用不阻塞UI线程同时避免内存泄露。