抽丝剥茧聊Kotlin协程之协程是如何建立结构化并发的

简介: 抽丝剥茧聊Kotlin协程之协程是如何建立结构化并发的

1. 协程的结构化并发


上篇文章,我通过两个例子简单的介绍了Job cancel方法在不同的父子关系情况下,看起来很相似的代码,执行结果却很不相同的情况。文中我引出了Job结构化并发的概念,即父Job和子Job形成树的数据结构,本文我将详细介绍Kotlin协程框架是如何实现结构化并发的。


什么叫结构化并发?用通俗易懂的话解释就是,协程之间的协作是有组织,有纪律的。如果协程之间的关系是确定了的,那么协程之间的cancel和exception处理是有章法可寻的。


下图,假设Job2处发生了异常,那么它的子Job、父Job以及父Job的其它子Job是否会被cancel掉呢?答案是看情况(不是说有章法可寻吗?怎么成看情况了?因为算法是固定的,但是Job的行为可能各不相同)。在树的数据结构中,任何一个节点的cancel事件有两条传播路径,向上传播给父节点,向下传播给子节点。那么接受到cancel事件的父节点或子节点是否cancel掉自己完全取决于它的内部实现。


image.png

举例说明,假设Job2处发生异常了协程被迫cancel掉,事件传播到Job0。那么Job0会有两种处理方式。其一、把自己也cancel掉,然后把自己的所有子Job都cancel掉,其二、忽略掉该事件,当作啥事也没发生。


熟悉协程的同学应该能意识到,这两种处理方式分别对应Job和SupervisorJob。


1.1 Job处理异常


image.png

job2处1/0发生异常打印结果如下,我们注意到通过Job方式启动,随着job2发生异常,job1和job3都被cancel掉。


2021-12-19 16:35:52.439  job1 start
2021-12-19 16:35:52.440  job2 start
2021-12-19 16:35:52.440  job3 start

1.2 SupervisorJob处理异常


image.png

打印结果如下,job1和job3不受job2的异常影响,程序照常执行。


2021-12-19 16:44:30.832  job1 start
2021-12-19 16:44:30.833  job2 start
2021-12-19 16:44:30.833  job3 start
2021-12-19 16:44:32.835  job1 end
2021-12-19 16:44:32.835  job3 end


那么问题来了:为什么SupervisorJob和Job会有这样的差异呢?


2. Job基础知识



image.png

通过CoroutineScope.launch方法启动协程,返回值为Job类型。本文着重讲解以下几个方法:


  1. start
  2. cancel
  3. invokeOnCompletion


2.1 start方法


start方法作用是启动一个协程,类似Thread.start方法。通过默认的方式启动协程,start方法会默认被调用的。


2.2 cancel方法


cancel方法作用是取消协程,避免资源的浪费,Android开发者比较熟悉的场景有,当一个Activity销毁之后,应该取消掉还没有执行完的工作。协程中的cancel,必须要有挂起点。


2.2.1 使用delay方法


image.png

image.png

观察日志由于delay方法是suspend修饰的,它是协程的挂起点,发现job1被成功cancel掉。


2021-12-19 17:16:16.377  running in job2


2.2.2 使用Thread.sleep方法观察发现,job1协程体没有调用suspend修饰的方法,无法被cancel掉,job1


image.png

2021-12-19 17:26:05.554  running in job2
2021-12-19 17:26:06.544  running in job1


2.2.3 通过yield或者ensureActive方法更正


在Thread.sleep方法后面增加yield或者ensureActive方法,可以让job1被cancel掉。yield本身是一个suspend函数,在yield方法处恢复协程体运行时,会检查当前协程是否被cancel掉。ensureActive则是通过抛出CancellationException取消掉当前的协程。


image.png

image.png

2.2.4 CancellationException是一种特殊的Exception,它和Exception的区别在于,如果在协程中抛出CancellationException,除了子协程外并不会影响其它协程


image.png

对比1.1代码1/0抛出除0异常,CancellationException并不会影响job1和job3。


2021-12-19 19:08:46.558  job1 start
2021-12-19 19:08:46.559  job2 start
2021-12-19 19:08:46.561  job3 start
2021-12-19 19:08:46.626  job4 start
2021-12-19 19:08:48.560  job1 end
2021-12-19 19:08:48.561  job3 end

2.3 invokeOnCompletion方法


该方法的作用是给Job注册一个回调,当Job执行完成后执行回调函数。


image.png

2021-12-19 19:19:39.278  job start 2021-12-19 19:19:41.280  job end 2021-12-19 19:19:41.281  job invokeOnCompletion

image.png

当协程被cancel时,回调立马执行。


2021-12-19 19:34:21.809  job start
2021-12-19 19:34:22.811  job invokeOnCompletion


我们来看下invokeOnCompletion源码


image.png

CompletionHandler类似Java中的callback,当Job完成后,调用该回调,类似Android的OnClickListener。CompletionHandler持有ChildJob,并注册到父Job上,那么子Job就可以监听父Job的取消和完成事件,从而实现事件从上往下传播。如果子Job能够直接或间接的持有父Job的引用,那么当子Job被cancel时,就能直接把事件,从下往上传播。所以cancel事件是双向传播的


而协程框架也正是通过invokeOnCompletion方法建立起父子Job的树形关系


3. Job建立树形关系



image.png

image.png

image.png

我们关注上面类图标红的几个类。


划重点


  1. ChildHandle的childCancelled表示子Job被取消时,往上传播
  2. CompletionHandler的invoke方法表示父Job被取消时执行子Job的回调,往下传播,最终会调用到ChildJob的parentCancelled方法
  3. ChildHandleNode同时实现了ChildHandle和CompletionHandler,表示该节点可以双向传播

核心方法有:


  1. JobSupport.initParentJobInternal(parent: Job?)
  2. Job.attachChild(child: ChildJob): ChildHandle
  3. JobSupport.invokeOnCompletion( onCancelling: Boolean, invokeImmediately: Boolean, handler: CompletionHandler )


image.png

image.png

划重点->通过CompletionHandler生成JobNode设置到父Job的state属性中,state属性有NodeList链表,用来保存回调列表

image.png

image.png

1处,如果当前只有一个CompletionHandler,则直接保存到state中

2处,如果当前有两个CompletionHandler则将state属性提升成链表

3处,如果当前大于2个CompletionHandler,则直接将该CompletionHandler添加到链表的尾部。


PS这块代码看起来比较复杂,写起来也比较费劲,初次接触肯定云里雾里,时间有限先写到这里吧。以后时间允许再详细写写


总而言之


1. Job通过state的NodeList对象与子Job建立关系,当Job被取消时通过这个链条向子Job发送取消请求


2. Job通过initParentJobInternal方法中获取到的parentHandle与父Job建立关系,当子Job被取消时通过该引用向父Job发送取消请求


3. 协程Job中的双向传播机制是协程框架算法决定的。当取消请求到达具体的Job时,Job如何处理则由Job实现类自己决定


4. 本文讲解了Job是如何建立关系的。下篇文章我将结合Job,SupervisorJob,coroutineScope,supervisorScope讲解他们在关系链路上如何处理双向cancel事件的

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