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Kotlin 的协程用力瞥一眼

本期作者:

视频:扔物线(朱凯)

文章:LewisLuo(罗宇)

大家好,我是扔物线朱凯。

终于到了协程的一期了。

Kotlin 的协程是它非常特别的一块地方:宣扬它的人都在说协程多么好多么棒,但多数人不管是看了协程的官方文档还是一些网络文章之后又都觉得完全看不懂。而且这个「不懂」和 RxJava 是属于一类的:由于协程在概念上对于 Java 开发者来说就是个新东西,所以对于大多数人来说,别说怎么用了,我连它是个什么东西都没看明白。

所以今天,我就先从「协程是什么」说起。首先还是看视频:

如果你看不到上面的哔哩哔哩视频,可以点击 这里 去 YouTube 看。

这期内容主要是讲一个概念:什么是协程。因为这个概念有点难(其实看完视频你会发现它超级简单),所以专门花一期来讲解。后面的内容会更劲爆,如果你喜欢我的视频,别忘了去 原视频 点个赞投个币,以及关注订阅一下,不错过我的任何新视频!

 

以下内容来自文章作者 LewisLuo

 

码上开学 Kotlin 系列的文章,协程已经是第五期了,这里简单讲一下我们(扔物线和即刻 Android 团队)出品的 Kotlin 上手指南系列文章的一些考量:

  • 官方文档有指定的格式,因为它是官方的,必须面面俱到,写作顺序不是由浅入深,不管你懂不懂,它都得讲。
  • 网上的文章大都是从作者自身的角度出发,真正从读者的需求出发的少之又少,无法抓住读者的痛点,能够读完已属不易。
  • 疲劳度是这一系列的一个重要的衡量指标,文章中如果连续出现大段代码,疲劳度会急剧上升,不容易集中精神,甚至中途放弃。

我们期许基于上述的考量和原则,把技术文章写得更加轻松易读,激发读者学习的兴趣,真正实现「上手」。

协程在 Kotlin 中是非常特别的一部分,和 Java 相比,它是一个新颖的概念。宣扬它的人都在说协程是多么好用,但就目前而言不管是官方文档还是网络上的一些文章都让人难以读懂。

造成这种「不懂」的原因和大多数人在初学 RxJava 时所遇到的问题其实是一致的:对于 Java 开发者来说这是一个新东西。下面我们从「协程是什么」开始说起。

协程是什么

协程并不是 Kotlin 提出来的新概念,其他的一些编程语言,例如:Go、Python 等都可以在语言层面上实现协程,甚至是 Java,也可以通过使用扩展库来间接地支持协程。

当在网上搜索协程时,我们会看到:

  • Kotlin 官方文档说「本质上,协程是轻量级的线程」。
  • 很多博客提到「不需要从用户态切换到内核态」、「是协作式的」等等。

作为 Kotlin 协程的初学者,这些概念并不是那么容易让人理解。这些往往是作者根据自己的经验总结出来的,只看结果,而不管过程就不容易理解协程

「协程 Coroutines」源自 Simula 和 Modula-2 语言,这个术语早在 1958 年就被 Melvin Edward Conway 发明并用于构建汇编程序,说明协程是一种编程思想,并不局限于特定的语言。

Go 语言也有协程,叫 Goroutines,从英文拼写就知道它和 Coroutines 还是有些差别的(设计思想上是有关系的),否则 Kotlin 的协程完全可以叫 Koroutines 了。

因此,对一个新术语,我们需要知道什么是「标准」术语,什么是变种。

当我们讨论协程和线程的关系时,很容易陷入中文的误区,两者都有一个「程」字,就觉得有关系,其实就英文而言,Coroutines 和 Threads 就是两个概念。

从 Android 开发者的角度去理解它们的关系:

  • 我们所有的代码都是跑在线程中的,而线程是跑在进程中的。
  • 协程没有直接和操作系统关联,但它不是空中楼阁,它也是跑在线程中的,可以是单线程,也可以是多线程。
  • 单线程中的协程总的执行时间并不会比不用协程少。
  • Android 系统上,如果在主线程进行网络请求,会抛出 NetworkOnMainThreadException,对于在主线程上的协程也不例外,这种场景使用协程还是要切线程的。

协程设计的初衷是为了解决并发问题,让 「协作式多任务」 实现起来更加方便。这里就先不展开「协作式多任务」的概念,等我们学会了怎么用再讲。

视频里讲到,协程就是 Kotlin 提供的一套线程封装的 API,但并不是说协程就是为线程而生的。

不过,我们学习 Kotlin 中的协程,一开始确实可以从线程控制的角度来切入。因为在 Kotlin 中,协程的一个典型的使用场景就是线程控制。就像 Java 中的 Executor 和 Android 中的 AsyncTask,Kotlin 中的协程也有对 Thread API 的封装,让我们可以在写代码时,不用关注多线程就能够很方便地写出并发操作。

在 Java 中要实现并发操作通常需要开启一个 Thread

这里仅仅只是开启了一个新线程,至于它何时结束、执行结果怎么样,我们在主线程中是无法直接知道的。

Kotlin 中同样可以通过线程的方式去写:

可以看到,和 Java 一样也摆脱不了直接使用 Thead 的那些困难和不方便:

  • 线程什么时候执行结束
  • 线程间的相互通信
  • 多个线程的管理

我们可以用 Java 的 Executor 线程池来进行线程管理:

用 Android 的 AsyncTask 来解决线程间通信:

AsyncTask 是 Android 对线程池 Executor 的封装,但它的缺点也很明显:

  • 需要处理很多回调,如果业务多则容易陷入「回调地狱」。
  • 硬是把业务拆分成了前台、中间更新、后台三个函数。

看到这里你很自然想到使用 RxJava 解决回调地狱,它确实可以很方便地解决上面的问题。

RxJava,准确来讲是 ReactiveX 在 Java 上的实现,是一种响应式程序框架,我们通过它提供的「Observable」的编程范式进行链式调用,可以很好地消除回调。

使用协程,同样可以像 Rx 那样有效地消除回调地狱,不过无论是设计理念,还是代码风格,两者是有很大区别的,协程在写法上和普通的顺序代码类似。

这里并不会比较 RxJava 和协程哪个好,或者讨论谁取代谁的问题,我这里只给出一个建议,你最好都去了解下,因为协程和 Rx 的设计思想本来就不同。

下面的例子是使用协程进行网络请求获取用户信息并显示到 UI 控件上:

这里只是展示了一个代码片段,launch 并不是一个顶层函数,它必须在一个对象中使用,我们之后再讲,这里只关心它内部业务逻辑的写法。

launch 函数加上实现在 {} 中具体的逻辑,就构成了一个协程。

通常我们做网络请求,要不就传一个 callback,要不就是在 IO 线程里进行阻塞式的同步调用,而在这段代码中,上下两个语句分别工作在两个线程里,但写法上看起来和普通的单线程代码一样。

这里的 api.getUser 是一个挂起函数,所以能够保证 nameTv.text 的正确赋值,这就涉及到了协程中最著名的「非阻塞式挂起」。这个名词看起来不是那么容易理解,我们后续的文章会专门对这个概念进行讲解。现在先把这个概念放下,只需要记住协程就是这样写的就行了。

这种「用同步的方式写异步的代码」看起来很方便吧,那么我们来看看协程具体好在哪。

协程好在哪

开始之前

在讲之前,我们需要先了解一下「闭包」这个概念,调用 Kotlin 协程中的 API,经常会用到闭包写法。

其实闭包并不是 Kotlin 中的新概念,在 Java 8 中就已经支持。

我们先以 Thread 为例,来看看什么是闭包:

形如 Thread {...} 这样的结构中 {} 就是一个闭包。

在 Kotlin 中有这样一个语法糖:当函数的最后一个参数是 lambda 表达式时,可以将 lambda 写在括号外。这就是它的闭包原则。

在这里需要一个类型为 Runnable 的参数,而 Runnable 是一个接口,且只定义了一个函数 run,这种情况满足了 Kotlin 的 SAM,可以转换成传递一个 lambda 表达式(第二段),因为是最后一个参数,根据闭包原则我们就可以直接写成 Thread {...}(第三段) 的形式。

对于上文所使用的 launch 函数,可以通过闭包来进行简化 :

基本使用

前面提到,launch 函数不是顶层函数,是不能直接用的,可以使用下面三种方法来创建协程:

  • 方法一通常适用于单元测试的场景,而业务开发中不会用到这种方法,因为它是线程阻塞的。
  • 方法二和使用 runBlocking 的区别在于不会阻塞线程。但在 Android 开发中同样不推荐这种用法,因为它的生命周期会和 app 一致,且不能取消(什么是协程的取消后面的文章会讲)。
  • 方法三是比较推荐的使用方法,我们可以通过 context 参数去管理和控制协程的生命周期(这里的 context 和 Android 里的不是一个东西,是一个更通用的概念,会有一个 Android 平台的封装来配合使用)。

关于 CoroutineScopeCoroutineContext 的更多内容后面的文章再讲。

协程最常用的功能是并发,而并发的典型场景就是多线程。可以使用 Dispatchers.IO 参数把任务切到 IO 线程执行:

也可以使用 Dispatchers.Main 参数切换到主线程:

所以在「协程是什么」一节中讲到的异步请求的例子完整写出来是这样的:

而通过 Java 实现以上逻辑,我们通常需要这样写:

这种回调式的写法,打破了代码的顺序结构和完整性,读起来相当难受。

协程的「1 到 0」

对于回调式的写法,如果并发场景再复杂一些,代码的嵌套可能会更多,这样的话维护起来就非常麻烦。但如果你使用了 Kotlin 协程,多层网络请求只需要这么写:

如果遇到的场景是多个网络请求需要等待所有请求结束之后再对 UI 进行更新。比如以下两个请求:

如果使用回调式的写法,那么代码可能写起来既困难又别扭。于是我们可能会选择妥协,通过先后请求代替同时请求:

在实际开发中如果这样写,本来能够并行处理的请求被强制通过串行的方式去实现,可能会导致等待时间长了一倍,也就是性能差了一倍。

而如果使用协程,可以直接把两个并行请求写成上下两行,最后再把结果进行合并即可:

可以看到,即便是比较复杂的并行网络请求,也能够通过协程写出结构清晰的代码。需要注意的是 suspendingMerge 并不是协程 API 中提供的方法,而是我们自定义的一个可「挂起」的结果合并方法。至于挂起具体是什么,可以看下一篇文章。

让复杂的并发代码,写起来变得简单且清晰,是协程的优势。

这里,两个没有相关性的后台任务,因为用了协程,被安排得明明白白,互相之间配合得很好,也就是我们之前说的「协作式任务」。

本来需要回调,现在直接没有回调了,这种从 1 到 0 的设计思想真的妙哉。

在了解了协程的作用和优势之后,我们再来看看协程是怎么使用的。

协程怎么用

在项目中配置对 Kotlin 协程的支持

在使用协程之前,我们需要在 build.gradle 文件中增加对 Kotlin 协程的依赖:

  • 项目根目录下的 build.gradle :
  • Module 下的 build.gradle :

Kotlin 协程是以官方扩展库的形式进行支持的。而且,我们所使用的「核心库」和 「平台库」的版本应该保持一致。

  • 核心库中包含的代码主要是协程的公共 API 部分。有了这一层公共代码,才使得协程在各个平台上的接口得到统一。
  • 平台库中包含的代码主要是协程框架在具体平台的具体实现方式。因为多线程在各个平台的实现方式是有所差异的。

完成了以上的准备工作就可以开始使用协程了。

开始使用协程

协程最简单的使用方法,其实在前面章节就已经看到了。我们可以通过一个 launch 函数实现线程切换的功能:

这个 launch 函数,它具体的含义是:我要创建一个新的协程,并在指定的线程上运行它。这个被创建、被运行的所谓「协程」是谁?就是你传给 launch 的那些代码,这一段连续代码叫做一个「协程」。

所以,什么时候用协程?当你需要切线程或者指定线程的时候。你要在后台执行任务?切!

然后需要在前台更新界面?再切!

好像有点不对劲?这不还是有嵌套嘛。

如果只是使用 launch 函数,协程并不能比线程做更多的事。不过协程中却有一个很实用的函数:withContext 。这个函数可以切换到指定的线程,并在闭包内的逻辑执行结束之后,自动把线程切回去继续执行。那么可以将上面的代码写成这样:

这种写法看上去好像和刚才那种区别不大,但如果你需要频繁地进行线程切换,这种写法的优势就会体现出来。可以参考下面的对比:

由于可以"自动切回来",消除了并发代码在协作时的嵌套。由于消除了嵌套关系,我们甚至可以把 withContext 放进一个单独的函数里面:

这就是之前说的「用同步的方式写异步的代码」了。

不过如果只是这样写,编译器是会报错的:

意思是说,withContext 是一个 suspend 函数,它需要在协程或者是另一个 suspend 函数中调用。

suspend

suspend 是 Kotlin 协程最核心的关键字,几乎所有介绍 Kotlin 协程的文章和演讲都会提到它。它的中文意思是「暂停」或者「可挂起」。如果你去看一些技术博客或官方文档的时候,大概可以了解到:「代码执行到 suspend 函数的时候会『挂起』,并且这个『挂起』是非阻塞式的,它不会阻塞你当前的线程。」

上面报错的代码,其实只需要在前面加一个 suspend 就能够编译通过:

本篇文章到此结束,而 suspend 具体是什么,「非阻塞式」又是怎么回事,函数怎么被挂起,这些疑问的答案,将在下一篇文章全部揭晓。

练习题

  1. 开启一个协程,并在协程中打印出当前线程名。
  2. 通过协程下载一张网络图片并显示出来。

 

作者介绍

视频作者

扔物线(朱凯)
  • 码上开学创始人、项目管理人、内容模块规划者和视频内容作者。
  • Android GDE( Google 认证 Android 开发专家),前 Flipboard Android 工程师。
  • GitHub 全球 Java 排名第 92 位,在 GitHub 上有 6.6k followers 和 9.9k stars。
  • 个人的 Android 开源库 MaterialEditText 被全球多个项目引用,其中包括在全球拥有 5 亿用户的新闻阅读软件 Flipboard 。
  • 曾多次在 Google Developer Group Beijing 线下分享会中担任 Android 部分的讲师。
  • 个人技术文章《给 Android 开发者的 RxJava 详解》发布后,在国内多个公司和团队内部被转发分享和作为团队技术会议的主要资料来源,以及逆向传播到了美国一些如 Google 、 Uber 等公司的部分华人团队。
  • 创办的 Android 高级进阶教学网站 HenCoder 在全球华人 Android 开发社区享有相当的影响力。
  • 之后创办 Android 高级开发教学课程 HenCoder Plus ,学员遍布全球,有来自阿里、头条、华为、腾讯等知名一线互联网公司,也有来自中国台湾、日本、美国等地区的资深软件工程师。

文章作者

LewisLuo(罗宇)

LewisLuo(罗宇) ,即刻 Android 工程师。2019 年加入即刻,参与即刻日记功能的开发和迭代及中台基础建设。曾就职于 mobike,负责国际化业务开发。