概述

解釋協(xié)程

1.協(xié)程是輕量級線程(官方表述)
可以換個說法狐赡，協(xié)程就是方法調(diào)用封裝成類線程的API。方法調(diào)用當然比線程切換輕量疟丙；而封裝成類線程的API后颖侄，它形似線程（可手動啟動、有各種運行狀態(tài)享郊、能夠協(xié)作工作览祖、能夠并發(fā)執(zhí)行）。因此從這個角度說炊琉，它是輕量級線程沒錯展蒂。
當然，協(xié)程絕不僅僅是方法調(diào)用苔咪，因為方法調(diào)用不能在一個方法執(zhí)行到一半時掛起玄货，之后又在原點恢復。這一點可以使用EventLoop之類的方式實現(xiàn)悼泌。想象一下在庫級別將回調(diào)風格或Promise/Future風格的異步代碼封裝成同步風格松捉，封裝的結(jié)果就非常接近協(xié)程了。
而協(xié)程和線程之間的區(qū)別馆里，往大了說隘世，那就是普通函數(shù)與線程的區(qū)別；往小了說鸠踪，就是EventLoop和線程的區(qū)別丙者。他們之間的唯一的關(guān)系，僅僅在于協(xié)程的代碼是運行在線程中营密。一個不恰當?shù)念惐刃得剑撕偷厍?地球提供生成環(huán)境，人在其中生存)

2. 線程運行在內(nèi)核態(tài)评汰，協(xié)程運行在用戶態(tài)
   主要明白什么叫用戶態(tài)纷捞，我們寫的幾乎所有代碼，都執(zhí)行在用戶態(tài)被去，協(xié)程對于操作系統(tǒng)來說僅僅是第三方提供的庫而已主儡，當然運行在用戶態(tài)。而線程是操作系統(tǒng)級別的東西惨缆，運行在內(nèi)核態(tài)糜值。

3. 協(xié)程是一個線程框架(扔物線表述)
   對某些語言丰捷，比如Kotlin，這樣說是沒有問題的寂汇，Kotlin的協(xié)程庫可以指定協(xié)程運行的線程池病往，我們只需要操作協(xié)程，必要的線程切換操作交給庫骄瓣，從這個角度來說荣恐，協(xié)程就是一個線程框架。
   但理論上我們可以在單線程語言如JavaScript累贤、Python上實現(xiàn)協(xié)程(事實上他們已經(jīng)實現(xiàn)了協(xié)程)，這時我們再叫它線程框架可能就不合適了少漆。

使用協(xié)程

啟動

協(xié)程需要運行在協(xié)程上下文環(huán)境臼膏，在非協(xié)程環(huán)境中憑空啟動協(xié)程，有三種方式

• runBlocking{}
  啟動一個新協(xié)程示损，并阻塞當前線程渗磅，直到其內(nèi)部所有邏輯及子協(xié)程邏輯全部執(zhí)行完成。
  該方法的設計目的是讓suspend風格編寫的庫能夠在常規(guī)阻塞代碼中使用检访，常在main方法和測試中使用始鱼。

• GlobalScope.launch{}
  在應用范圍內(nèi)啟動一個新協(xié)程，協(xié)程的生命周期與應用程序一致脆贵。這樣啟動的協(xié)程并不能使線程币角澹活，就像守護線程卖氨。
  由于這樣啟動的協(xié)程存在啟動協(xié)程的組件已被銷毀但協(xié)程還存在的情況会烙，極限情況下可能導致資源耗盡，因此并不推薦這樣啟動筒捺，尤其是在客戶端這種需要頻繁創(chuàng)建銷毀組件的場景柏腻。

• 實現(xiàn)CoroutineScope + launch{}
  這是在應用中最推薦使用的協(xié)程使用方式——為自己的組件實現(xiàn)CoroutieScope接口，在需要的地方使用launch{}方法啟動協(xié)程系吭。使得協(xié)程和該組件生命周期綁定五嫂，組件銷毀時，協(xié)程一并銷毀肯尺。從而實現(xiàn)安全可靠地協(xié)程調(diào)用沃缘。

在一個協(xié)程中啟動子協(xié)程，一般來說有兩種方式

• launch{}
  異步啟動一個子協(xié)程

• async{}
  異步啟動一個子協(xié)程则吟，并返回Deffer對象孩灯，可通過調(diào)用Deffer.await()方法等待該子協(xié)程執(zhí)行完成并獲取結(jié)果，常用于并發(fā)執(zhí)行-同步等待的情況

取消

launch{}返回Job逾滥，async{}返回Deffer峰档，Job和Deffer都有cancel()方法败匹，用于取消協(xié)程。

從協(xié)程內(nèi)部看取消的效果

• 標準庫的掛起方法會拋出CancellationException異常讥巡。
• 用戶自定義的常規(guī)邏輯并不會收到影響掀亩，除非我們手動檢測isActive標志。

上面兩個特性和線程的interrupt機制非常類似欢顷，理解起來并不難槽棍。

val job = launch {
    // 如果這里不檢測isActive標記，協(xié)程就不會被正常cancel抬驴，而是執(zhí)行直到正常結(jié)束
    while (isActive) { 
        ......
    }
}
job.cancelAndJoin() // 取消該作業(yè)并等待它結(jié)束

了解協(xié)程的啟動和取消炼七，對于最基本的使用已經(jīng)足夠了。不過為了更加安全放心地使用布持，需要更加深入地了解豌拙，我們從核心組件說起。

異常

Kotlin協(xié)程的異常有兩種

• 因協(xié)程取消题暖，協(xié)程內(nèi)部suspend方法拋出的CancellationException
• 常規(guī)異常按傅，這類異常，有兩種異常傳播機制
  • launch：將異常自動向父協(xié)程拋出胧卤，將會導致父協(xié)程退出
  • async: 將異常暴露給用戶(通過捕獲deffer.await()拋出的異常)

這里借用官方例子講解

fun main() = runBlocking {
    val job = GlobalScope.launch { // root coroutine with launch
        println("Throwing exception from launch")
        throw IndexOutOfBoundsException() // 我們將在控制臺打印 Thread.defaultUncaughtExceptionHandler
    }
    job.join()
    println("Joined failed job")
    val deferred = GlobalScope.async { // root coroutine with async
        println("Throwing exception from async")
        throw ArithmeticException() // 沒有打印任何東西唯绍，依賴用戶去調(diào)用等待
    }
    try {
        deferred.await()
        println("Unreached")
    } catch (e: ArithmeticException) {
        println("Caught ArithmeticException")
    }
}

輸出結(jié)果

Throwing exception from launch
Exception in thread "DefaultDispatcher-worker-2 @coroutine#2" java.lang.IndexOutOfBoundsException
Joined failed job
Throwing exception from async
Caught ArithmeticException

注意，例子是在GlobalScope.launch{}中拋異常枝誊，不會導致父協(xié)程退出况芒。GlobalScope 是全局的生命周期伴隨著整個程序。

核心組件

協(xié)程上下文

顧名思義叶撒，協(xié)程上下文表示協(xié)程的運行環(huán)境牛柒，包括協(xié)程調(diào)度器、代表協(xié)程本身的Job痊乾、協(xié)程名稱皮壁、協(xié)程ID等。通過CoroutineContext定義哪审，CoroutineContext被定義為一個帶索引的集合蛾魄，集合的元素為Element，上面所提到調(diào)度器湿滓、Job等都實現(xiàn)了Eelement接口滴须。
由于CoroutineContext被定義為集合，因此在實際使用時可以自由組合加減各種上下文元素叽奥。
啟動子協(xié)程時扔水，子協(xié)程默認會繼承除Job外的所有父協(xié)程上下文元素，創(chuàng)建新的Job朝氓，并將父Job設置為當前Job的父親魔市。
啟動子協(xié)程時主届，可以指定協(xié)程上下文元素，如果父上下文中存在該元素則覆蓋待德，不存在則添加君丁。

調(diào)度器

調(diào)度器是協(xié)程上下文中眾多元素中最重要的一個，通過CoroutineDispatcher定義将宪，它控制了協(xié)程以何種策略分配到哪些線程上運行绘闷。這里介紹幾種常見的調(diào)度器

• Dispatcher.Default
  默認調(diào)度器。它使用JVM的共享線程池较坛，該調(diào)度器的最大并發(fā)度是CPU的核心數(shù)印蔗，默認為2

• Dispatcher.Unconfined
  非受限調(diào)度器，它不會將操作限制在任何線程上執(zhí)行——在發(fā)起協(xié)程的線程上執(zhí)行第一個掛起點之前的操作丑勤，在掛起點恢復后由對應的掛起函數(shù)決定接下來在哪個線程上執(zhí)行华嘹。

• Dispathcer.IO
  IO調(diào)度器，他將阻塞的IO任務分流到一個共享的線程池中确封，使得不阻塞當前線程。該線程池大小為環(huán)境變量kotlinx.coroutines.io.parallelism的值再菊，默認是64或核心數(shù)的較大者爪喘。
  該調(diào)度器和Dispatchers.Default共享線程，因此使用withContext(Dispatchers.IO)創(chuàng)建新的協(xié)程不一定會導致線程的切換纠拔。

• Dispathcer.Main
  該調(diào)度器限制所有執(zhí)行都在UI主線程秉剑，它是專門用于UI的，并且會隨著平臺的不同而不同

• 其它
  在其它支持協(xié)程的第三方庫中稠诲，也存在對應的調(diào)度器侦鹏，如Vertx的vertx.dispatcher()，它將協(xié)程分配到vertx的EventLoop線程池執(zhí)行臀叙。

注意略水，由于上下文具有繼承關(guān)系，因此啟動子協(xié)程時不顯式指定調(diào)度器時劝萤，子協(xié)程和父協(xié)程是使用相同調(diào)度器的渊涝。

Job

Job也是上下文元素，它代表協(xié)程本身床嫌。Job能夠被組織成父子層次結(jié)構(gòu)跨释，并具有如下重要特性。

• 父Job退出厌处，所有子job會馬上退出
• 子job拋出除CancellationException(意味著正常取消)意外的異常會導致父Job馬上退出

類似Thread鳖谈，一個Job可能存在多種狀態(tài)

我們直接使用launch獲取到的job已經(jīng)處于Active裝填，啟動時加上LAZY參數(shù)時則得到New狀態(tài)的Active阔涉。
各狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下缆娃，注意捷绒，Completing只是一個內(nèi)部狀態(tài)，外部觀察還是Active狀態(tài)龄恋。

要區(qū)分是主動取消還是異常導致一個協(xié)程退出疙驾，可以getCancellationException()查看退出原因郭毕。

作用域

協(xié)程作用域——CoroutineScope显押，用于管理協(xié)程乘碑，管理的內(nèi)容有

• 啟動協(xié)程的方式 - 它定義了launch、async套腹、withContext等協(xié)程啟動方法(以extention的方式)电禀，并在這些方法內(nèi)定義了啟動子協(xié)程時上下文的繼承方式尖飞。
• 管理協(xié)程生命周期 - 它定義了cancel()方法店雅，用于取消當前作用域闹啦，同時取消作用域內(nèi)所有協(xié)程窍奋。

區(qū)分作用域和上下文

從類定義看，CoroutineScope和CoroutineContext非常類似费变，最終目的都是協(xié)程上下文挚歧，但正如Kotlin協(xié)程負責人Roman Elizarov在Coroutine Context and Scope中所說，二者的區(qū)別只在于使用目的的不同——作用域用于管理協(xié)程滑负；而上下文只是一個記錄協(xié)程運行環(huán)境的集合。他們的關(guān)系如下帮匾。

約定和經(jīng)驗

避免使用GlobalScope.launch

GlobalScope是實現(xiàn)了CoroutineScope的單例對象瘟斜，含有一個空的上下文對象

// GlobalScope的定義
public object GlobalScope : CoroutineScope {
    override val coroutineContext: CoroutineContext
        get() = EmptyCoroutineContext
}

這意味著它的生命周期與整個應用綁定螺句，并且永遠不會被主動取消蛇尚。這樣啟動的協(xié)程只有兩個歸宿:

• 協(xié)程正常執(zhí)行完成
• 協(xié)程內(nèi)部發(fā)生錯誤取劫，導致協(xié)程因異常自動取消

這是危險的谱邪∠罕辏考慮極端情況:

在一個實例方法中使用GlobalScope.launch啟動了一個CPU密集型協(xié)程璧函，且執(zhí)行時間較長
在啟動協(xié)程后基显，該實例方法因異常退出，所屬對象也被銷毀
反復多次出現(xiàn)步驟1\2

這樣導致的結(jié)果是啟動了超多CPU密集型任務撩幽，最終導致應用卡頓库继，甚至資源耗盡窜醉。

解決方案是避免使用GlobalScope宪萄。正確的做法是將自己的組件實現(xiàn)CoroutineScope榨惰，并在組件銷毀時調(diào)用作用域的cancel()方法拜英。實現(xiàn)方式多使用委托琅催。

// 官方例子
class MyActivity : AppCompatActivity(), CoroutineScope by MainScope() {
    override fun onDestroy() {
         cancel() // cancel is extension on CoroutineScope
    }
    ... ...
}
// vertx例子
abstract class CoroutineVerticle : Verticle, CoroutineScope {
  // 默認上下文使用context.dispatcher()
  override val coroutineContext: CoroutineContext by lazy { context.dispatcher() }
  ... ...
}

區(qū)分與對比

Kotlin中居凶，有幾種方式能夠啟動協(xié)程虫给，或者看似能夠啟動協(xié)程，這里列舉

• launch{}
  CoroutineScope的擴展方法抹估，啟動一個協(xié)程，不阻塞當前協(xié)程药蜻，并返回新協(xié)程的Job挨队。

• async{}
  CoroutineScope的擴展方法，啟動一個協(xié)程腾夯，不阻塞當前協(xié)程颊埃，返回一個Deffer，除包裝了未來的結(jié)果外榨呆，其余特性與launch{}一致

• withContext(){}
  一個suspend方法罗标，在給定的上下文執(zhí)行給定掛起塊并返回結(jié)果，它并不啟動協(xié)程积蜻，只會(可能會)導致線程的切換闯割。用它執(zhí)行的掛起塊中的上下文是當前協(xié)程的上下文和由它執(zhí)行的上下文的合并結(jié)果。
  withContext的目的不在于啟動子協(xié)程竿拆，它最初用于將長耗時操作從UI線程切走宙拉，完事再切回來。
  前面我們說過丙笋，協(xié)程取消后谢澈，位于協(xié)程中的標準庫的suspend函數(shù)會拋出CancellationException，withContext也不例外御板。

• coroutineScope{}
  一個suspend方法锥忿，創(chuàng)建一個新的作用域，并在該作用域內(nèi)執(zhí)行指定代碼塊怠肋，它并不啟動協(xié)程敬鬓。其存在的目的是進行符合結(jié)構(gòu)化并發(fā)的并行分解（即，將長耗時任務拆分為并發(fā)的多個短耗時任務，并等待所有并發(fā)任務完成后再返回）列林。

• runBlocking{}
  是一個裸方法瑞你，創(chuàng)建一個協(xié)程，并阻塞當前線程希痴，直到協(xié)程執(zhí)行完畢者甲。前面說過，這里不再贅述砌创。