協(xié)程是一種并發(fā)設(shè)計(jì)模式，你可以在 Android 上使用它來簡化異步代碼。協(xié)程是在 Kotlin 1.3 時(shí)正式發(fā)布的，它吸收了一些其他語言已經(jīng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。

在 Android 上，協(xié)程可用于幫助解決兩個(gè)主要問題：

• 管理耗時(shí)任務(wù)，防止它們阻塞主線程
• 提供主線程安全，或從主線程安全地調(diào)用網(wǎng)絡(luò)或磁盤操作

本主題描述如何使用 Kotlin 協(xié)程來解決這些問題，讓你能夠?qū)懗龈逦⒏啙嵉拇a。

管理耗時(shí)任務(wù)

在 Android 上，每個(gè)應(yīng)用都有一個(gè)主線程來處理用戶界面和管理用戶交互。如果你的應(yīng)用給主線程分配了太多工作，應(yīng)用可能會變得很卡。網(wǎng)絡(luò)請求、JSON 解析、讀寫數(shù)據(jù)庫，甚至只是遍歷大型列表，都可能導(dǎo)致應(yīng)用運(yùn)行的足夠慢，從而導(dǎo)致可見的延遲或直接卡住。這些耗時(shí)任務(wù)都應(yīng)該放在主線程之外運(yùn)行。

下面的例子顯示了一個(gè)虛構(gòu)的耗時(shí)任務(wù)的簡單協(xié)程實(shí)現(xiàn)：

suspend fun fetchDocs() {                             // Dispatchers.Main
    val result = get("https://developer.android.com") // Dispatchers.IO for `get`
    show(result)                                      // Dispatchers.Main
}

suspend fun get(url: String) = withContext(Dispatchers.IO) { /* ... */ }

協(xié)程通過在常規(guī)函數(shù)的基礎(chǔ)上，添加兩個(gè)操作符來處理長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)。除了調(diào)用(invoke or call) 和 返回(return)，協(xié)程還添加了掛起 (suspend) 和恢復(fù) (resume)：

• suspend 掛起當(dāng)前協(xié)程，保存本地變量
• resume 讓從一個(gè)掛起協(xié)程從掛起點(diǎn)恢復(fù)執(zhí)行

你只能從另外一個(gè)掛起函數(shù)里調(diào)用掛起函數(shù)，或者使用協(xié)程構(gòu)建器例如 launch 來啟動一個(gè)新的協(xié)程。

在上面的例子中，get() 仍然在主線程運(yùn)行，但是它會在啟動網(wǎng)絡(luò)請求之前掛起協(xié)程。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請求完成時(shí)，get() 恢復(fù)掛起的協(xié)程，而不是使用回調(diào)來通知主線程。

Kotlin 使用堆棧來管理哪個(gè)函數(shù)和哪個(gè)局部變量一起運(yùn)行。掛起協(xié)程時(shí)，將復(fù)制當(dāng)前堆棧幀并保存。當(dāng)恢復(fù)時(shí)，堆棧幀將從保存它的位置復(fù)制回來，函數(shù)將重新開始允許。即使代碼看起來像順序執(zhí)行的代碼會阻塞請求，協(xié)程也能確保網(wǎng)絡(luò)請求不在主線程上。

使用協(xié)程確保主線程安全

Kotlin 協(xié)程使用調(diào)度器來確定哪些線程用于協(xié)程執(zhí)行。要在主線程之外運(yùn)行代碼，可以告訴 Kotlin 協(xié)程在 Default 調(diào)度器或 IO 調(diào)度器上執(zhí)行工作。在 Kotlin 中，所有協(xié)程都必須在調(diào)度器中運(yùn)行，即使它們在主線程上運(yùn)行。協(xié)程可用掛起它們自己，而調(diào)度器負(fù)責(zé)恢復(fù)它們。

要指定協(xié)程應(yīng)該運(yùn)行在哪里，Kotlin 提供了三個(gè)調(diào)度器給你使用：

• Dispatchers.Main 使用這個(gè)調(diào)度器在 Android 主線程上運(yùn)行一個(gè)協(xié)程。這應(yīng)該只用于與 UI 交互和一些快速工作。示例包括調(diào)用掛起函數(shù)、運(yùn)行 Android UI 框架操作和更新 LiveData 對象。
• Dispatchers.IO 這個(gè)調(diào)度器被優(yōu)化在主線程之外執(zhí)行磁盤或網(wǎng)絡(luò) I/O。例如包括使用 Room 組件、讀寫文件，以及任何網(wǎng)絡(luò)操作。
• Dispatchers.Default 這個(gè)調(diào)度器經(jīng)過優(yōu)化，可以在主線程之外執(zhí)行 cpu 密集型的工作。例如對列表進(jìn)行排序和解析 JSON。

繼續(xù)前面的示例，你可以使用調(diào)度器重新定義 get()函數(shù)。在get()的主體中，調(diào)用 withContext(Dispactchers.IO) 創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)行在 IO 線程池上的代碼塊。在這個(gè)代碼塊中的任何代碼都將通過 I/O 調(diào)度器執(zhí)行。因?yàn)閣ithContext 本身是一個(gè)掛起函數(shù)，所以 get() 也是一個(gè)掛起函數(shù)。

suspend fun fetchDocs() {                      // Dispatchers.Main
    val result = get("developer.android.com")  // Dispatchers.Main
    show(result)                               // Dispatchers.Main
}

suspend fun get(url: String) =                 // Dispatchers.Main
    withContext(Dispatchers.IO) {              // Dispatchers.IO (main-safety block)
        /* 在這里執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請求 */                  // Dispatchers.IO (main-safety block)
    }                                          // Dispatchers.Main
}

使用協(xié)程，你可以更細(xì)化的來分派線程。因?yàn)閣ithContext() 允許你控制任何一行代碼的線程池，而不需要引入回調(diào)，所以你可以將它應(yīng)用于非常小的函數(shù)，比如從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)或執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請求。一個(gè)好的實(shí)踐是使用withContext() 來確保每個(gè)函數(shù)的調(diào)用都是主線程安全的，這意味著可以從主線程安全調(diào)用該函數(shù)。這樣調(diào)用者就不需要考慮應(yīng)該使用哪個(gè)線程來執(zhí)行函數(shù)。

在前面的例子中，fetchDocs() 在主線程上執(zhí)行；但是，它可以安全地調(diào)用get()，get() 在后臺執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請求。因?yàn)閰f(xié)程支持掛起和恢復(fù)，所以一旦withContext()塊完成，主線程上的協(xié)程就會帶著 get()的返回值恢復(fù)。

重要提示：使用 suspend 不會告訴 Kotlin 在后臺線程上運(yùn)行函數(shù)。掛起函數(shù)在主線程上操作是正常的。在主線程上啟動協(xié)程也是很常見的。當(dāng)遇到需要保護(hù)主線程安全時(shí)，例如讀寫磁盤、執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)操作或運(yùn)行 cpu 密集型操作時(shí)，應(yīng)該始終在掛起函數(shù)中使用 withContext()。

withContext() 的性能

與等價(jià)的基于回調(diào)的實(shí)現(xiàn)相比，withContext()不會增加額外的開銷。此外，在某些情況下，基于回調(diào)的實(shí)現(xiàn)，witchContext 的調(diào)用還可以優(yōu)化。例如，如果一個(gè)函數(shù)對一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了 10 次調(diào)用，你可以在外面通過使用 withContext() 告訴 Kotlin 只切換一次線程。然后，即使網(wǎng)絡(luò)庫多次使用 withContext()，它仍然保持在同一個(gè)調(diào)度器上，并且避免切換線程。此外 Kotlin 還優(yōu)化了調(diào)度器之間的切換。在 Defalut 和 I/O 調(diào)度器之間盡可能的避免線程切換。

重要提示：像線程池一樣使用 I/O 和 Default 調(diào)度器不會保證代碼塊里面從上到下的代碼在同一線程上執(zhí)行。在某些情況下，Kotlin 協(xié)程可能會在掛起并恢復(fù)之后將執(zhí)行移動到另一個(gè)線程。這意味著在 withContext() 代碼塊中，線程局部變量可能不會總是相同。

指定作用域

在定義協(xié)程時(shí)，必須指定它的協(xié)程作用域。協(xié)程作用域管理一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的協(xié)程。你還可以使用指定的協(xié)程作用域在它的作用域內(nèi)啟動新的協(xié)程。但是，協(xié)程作用域和調(diào)度器不一樣，它不負(fù)責(zé)運(yùn)行協(xié)程。

協(xié)程作用域的一個(gè)主要功能是當(dāng)用戶離開應(yīng)用中的內(nèi)容區(qū)域時(shí)停止協(xié)程的執(zhí)行。使用協(xié)程作用域，可以確保任何正在運(yùn)行的操作都正確的停止。

Android 架構(gòu)組件上配合協(xié)程作用域

在 Android 上，你可以將協(xié)程作用域與組件生命周期關(guān)聯(lián)。這使你可以避免內(nèi)存泄露或?yàn)橛脩舨辉谙嚓P(guān)的 Activity 或 Fragment 做額外的工作。在使用 Jetpack 組件時(shí)，它們和 ViewModel 很適合。因?yàn)?ViewModel 在配置更改（比如旋轉(zhuǎn)屏幕）期間不會被銷毀，所以你不必?fù)?dān)心協(xié)程被取消或重新啟動。

作用域會記住它們啟動的每個(gè)協(xié)程。這意味著你可以隨時(shí)取消作用域中啟動的所有東西。作用域還會自行傳遞，因此如果一個(gè)協(xié)程啟動另一個(gè)協(xié)程，兩個(gè)協(xié)程具有相同的作用域。這意味著即使其他庫從你的作用域啟動了一個(gè)協(xié)程，你也可以隨時(shí)取消它們。如果在 ViewModel 中運(yùn)行協(xié)程，這一點(diǎn)尤其重要。如果 ViewModel 因?yàn)橛脩綦x開界面而被銷毀，則必須停止它正在執(zhí)行的所有異步工作。否則，你將浪費(fèi)系統(tǒng)資源并可能造成內(nèi)存泄露。如果在銷毀 ViewModel 之后還有異步工作需要繼續(xù)，那么應(yīng)該在你的應(yīng)用架構(gòu)底層完成。

警告：協(xié)程通過拋出 CancellationException 來取消協(xié)程。異常捕獲會在協(xié)程取消時(shí)被觸發(fā)。

使用 Android 架構(gòu)體系組件的 ktx 庫時(shí)，你還可以使用一個(gè)擴(kuò)展屬性 viewModelScope 來創(chuàng)建協(xié)程，這些創(chuàng)建出的協(xié)程可以一直運(yùn)行到 ViewModel 被銷毀時(shí)。

開啟一個(gè)協(xié)程

你可以通過以下兩種方式啟動協(xié)程：

• launch 啟動一個(gè)新的協(xié)程，但不會將結(jié)果返回給調(diào)用者。任何被認(rèn)為是"發(fā)射后不管（fire and forget）"的工作都可以使用 launch 啟動。
• async 啟動一個(gè)新的協(xié)程，并允許你調(diào)用 await 返回掛起函數(shù)的結(jié)果。

通常，你在常規(guī)函數(shù)應(yīng)該用 launch 啟動一個(gè)新的協(xié)程，因?yàn)槌Ｒ?guī)函數(shù)不能調(diào)用 await 。僅當(dāng)在另一個(gè)協(xié)程中或在掛起函數(shù)中執(zhí)行「并行分解」時(shí)才使用 async 的方式。
基于前面的例子，這里有一個(gè)帶有 viewModelScope 的 ktx 擴(kuò)展屬性的協(xié)程，它使用 luanch 將常規(guī)函數(shù)切換到協(xié)程：

fun onDocsNeeded() {
    viewModelScope.launch {    // Dispatchers.Main
        fetchDocs()            // Dispatchers.Main (suspend function call)
    }
}

警告：launch 和 async 處理異常的方式不同。由于 async 期望在 await 時(shí)被最終調(diào)用，所以它的異常會保留到 await 被調(diào)用的時(shí)候重新拋出。這意味著，如果你使用 await 從常規(guī)函數(shù)啟動一個(gè)新的協(xié)程，你可能會悄悄的"拋出”一個(gè)異常（這個(gè)“拋出”的異常不會出現(xiàn)在你的異常監(jiān)控里，也不會在 logcat 中被發(fā)現(xiàn)）。

并行分解

由掛起函數(shù)啟動的所有協(xié)程，必須在該函數(shù)返回時(shí)已經(jīng)停止，因此你可能需要確保這些協(xié)程在返回前已經(jīng)做完工作。使用 Kotlin 中的結(jié)構(gòu)化并發(fā)，你可以定義一個(gè)啟動一或多個(gè)協(xié)程的協(xié)程作用域。然后，使用 await() (針對單個(gè)協(xié)程)或 awaitAll() (針對多個(gè)協(xié)程)，用來確保這些協(xié)程在函數(shù)返回之前完成。

例如，讓我們定義會異步獲取兩個(gè)文檔的協(xié)程作用域。通過在每個(gè) deferred 引用上調(diào)用 await() ，我們保證異步操作都在返回值返回之前完成。

suspend fun fetchTwoDocs() =
    coroutineScope {
        val deferredOne = async { fetchDoc(1) }
        val deferredTwo = async { fetchDoc(2) }
        deferredOne.await()
        deferredTwo.await()
    }

你還可以對集合使用 awaitAll() ，如下面的示例所示：

suspend fun fetchTwoDocs() =        // 在任何調(diào)度器上調(diào)用（任何線程包括主線程）
    coroutineScope {
        val deferreds = listOf(     // 同時(shí)獲取兩個(gè)文檔
            async { fetchDoc(1) },  // 異步返回第一個(gè)文檔
            async { fetchDoc(2) }   // 異步返回第二個(gè)文檔
        )
        deferreds.awaitAll()        // 使用 awaitAll 等待兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)請求返回
    }

即使 fetchTwoDocs() 使用 async 啟動新的協(xié)程，這個(gè)函數(shù)仍然使用 awaitAll() 來等待哪些啟動的協(xié)程完成后返回。但是，請注意，即使我們沒有調(diào)用awaitAll()，協(xié)程作用域構(gòu)建器也不會在所有協(xié)程都完成之前恢復(fù)調(diào)用 fetchTwoDocs 的協(xié)程。

此外，協(xié)程作用域捕獲的任何異常，會通過它們返回指定的調(diào)用者。

內(nèi)置協(xié)程支持的架構(gòu)組件

一些架構(gòu)組件，包括 ViewModel 和 LifeCycle ，包含了內(nèi)置的協(xié)程作用域成員。

例如，ViewModel 包含了一個(gè)內(nèi)置的 viewModelScope。這提供了在 ViewModel 范圍內(nèi)啟動協(xié)程的標(biāo)準(zhǔn)方法，如下所示：

class MyViewModel : ViewModel() {

    fun launchDataLoad() {
        viewModelScope.launch {
            sortList()
            // 修改 UI
        }
    }

    /**
    * 不能在主線程執(zhí)行的重量型操作
    */
    suspend fun sortList() = withContext(Dispatchers.Default) {
        // 大量操作
    }
}

LiveData 同樣使用 liveData 塊來使用協(xié)程：

liveData {
    // 運(yùn)行在自己的特定于 LiveData 的范圍內(nèi)
}

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