Kotlin 学习笔记（五）—— 协程的基础知识，面试官的最爱了~（上）

又是一个月没见了，坚持永远是世上最难的事情，但，往往难事才会有更大的收获。与君共勉~

前段时间一直在学习 Compose，所以导致 Kotlin 笔记系列搁置了好久。一方面是因为 Compose 的学习在个人来看重要性更高；另一方面就是，发现学完之前的 Kotlin 系列的笔记一到笔记四后，已经基本可以在项目中使用 Kotlin 进行日常的编码了，所以才导致这个 Kotlin 学习笔记系列停更了好久，哈哈！对 Jetpack Compose 感兴趣的同学可以看一下我的另一个笔记系列—— Jetpack Compose 学习笔记。这次咱来看看 Kotlin 协程的基础知识。

1. 协程是什么

协程是一种编程思想。它并不局限于任何语言，不仅 Kotlin 中有对协程的实现，Python、Go 等语言也有。

更实际一点，协程的代码是运行在线程中的，可以在单线程中执行；也可以在多线程中执行，即支持来回切换。并且协程没有直接和操作系统关联，而是跟线程紧密关联，毕竟是要靠线程去执行。它的设计初衷就是为了解决并发问题，可以更方便地处理多线程协作的任务。

在 Kotlin 中，协程就是一个封装好的线程框架。类比于 Java 中的 Executor 或 Android 中的 AsyncTask。只要内存足够，一个线程可以运行任意多个协程，但在某一时刻只能有一个协程在运行，多个协程分享该线程分配到的计算机资源。下面图是进程、线程、协程之间的关系图：

这里是拿 Android 应用来举例的，其实不仅在 Android 中有 UI 主线程的概念，在 Go、Python 等支持协程的语言中，也有主线程的概念。有一点需要注意的是，进程是可以直接通过协程去处理一些事件的，只不过现在的编程语言都约定俗成地采用了图1 的这种层次。

所以，协程就是一套封装好的线程API框架，只不过使用起来非常方便，可以用看起来是同步的代码，去实现异步的操作。

2. suspend 关键字

先来看看 suspend 关键字，好像老是在协程的代码中碰到它。按照它的字面意思，就是“挂起”的意思，确实比较形象，因为被它修饰的方法，是可以被挂起的。这里被挂起的对象是这个方法所在的协程。那么，协程被挂起的真正意思是什么？

协程被挂起的意思是，这个正在线程上运行的协程体代码，将要从当前线程脱离开来，即剩下的协程代码不往下执行了。脱离开后，协程和线程会怎么样呢？线程这边比较好理解，如果有其他的任务需要处理，操作系统肯定会安排线程去执行其他的任务；如果暂时没有什么任务需要处理，可能就会被回收掉，或者放入线程池中；协程这一边，则将会在指定的线程中，继续执行之前被中断的代码。至于被指定的线程具体是哪个，是由 suspend 函数具体实现决定的。常见的可以调用 withContext 方法去指定线程。

suspend 关键字本身没有挂起的作用，需要在方法内部直接或者间接地调用 Kotlin 协程框架中的 suspend 函数才可以。所以，suspend 关键字更多的是给调用者一个提示，提示调用者被它修饰的方法是个耗时方法，需要在协程或者其他 suspend 函数中处理，限制这个方法只能在协程或其他 suspend 函数中被调用。

了解了 suspend 的用法，再来看看实际使用中，协程的几个组成部分。

3. 协程的几个重要组成部分

一般来说，协程的启动使用比较多的有如下的三个方法：

1. runBlocking: T
2. launch: Job
3. async/await: Deferred

通过查看这三个方法，我们可以得知协程的几个重要的属性，或者是参数。拿 launch: Job的源码来说，我们从 GlobalScope.launch的 launch 方法进入，可以看到 launch 的方法声明是：

// code 1 launch 方法声明
public fun CoroutineScope.launch(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job

其中的 CoroutineContext、CoroutineStart 、suspend CoroutineScope.() -> Unit等几个参数都是协程的重要组成部分。

3.1 协程上下文

先看看 launch 方法的第一个参数—— CoroutineContext，协程上下文，跟 Android 里面的 Context 上下文类似，通常用于协程间切换时，传递参数的作用；还可以指定协程在哪个线程中执行，比如 IO 线程、UI Main 线程等；还可以指定当前协程中断后在哪个线程中去恢复它。

默认 CoroutineContext 是设置的 EmptyCoroutineContext —— 一个标准库已经定义好的 object，表示一个空的协程上下文，里面没有任何数据。而 CoroutineContext 的数据结构与集合类似，内部实现是一个单链表，里面的元素是 Element。

Element 中有一个属性 key，这个 key 就是元素 Element 的索引。要说协程上下文在我们的开发中如何使用，我找了下网上的一些资料，提到较多的就是异常的捕获了。如下面 code2 所示：

// code 2  设置协程的异常捕获
val coroutineExceptionHandler = CoroutineExceptionHandler { context, throwable ->
    // 出现异常则会执行
    throwable.printStackTrace()
}
GlobalScope.launch (Dispatchers.Main + coroutineExceptionHandler) {
    // 执行操作
}

这段代码用到了 GlobalScope.launch，代表是个顶级作用域的协程，不推荐在 Android 开发中使用，因为它的生命周期是与Application 应用一致的，所以容易造成内存泄漏。CoroutineExceptionHandler 可以让我们在启动协程时设置一个统一的异常处理器，如果出现异常，就会执行相应的操作。这里的上下文还设置了协程运行的线程为 Main 主线程。此外，CoroutineContext 重载了 plus 方法(public operator fun plus(context: CoroutineContext): CoroutineContext)，所以可以直接使用加号 “+” 来添加一个 Element。

还有一个更为复杂的例子，也可以大致看出协程的组成：

// code 3  协程的内部组成
suspend {
    // 协程体
    Log.d(TAG, "CoroutineStart: +++++ ${coroutineContext[CoroutineName]}   ${Thread.currentThread().name}")
    // val tmp = 1/0
    "suspend 返回值"
}.startCoroutine(object : Continuation<String> {
    override val context: CoroutineContext
        get() = EmptyCoroutineContext + CoroutineName("修之竹") + CoroutineExceptionHandler { context, throwable ->
            Log.d(TAG, "CoroutineExceptionHandler: ++++ ${throwable}")
        }
    override fun resumeWith(result: Result<String>) {
        // 协程执行完会执行 resumeWith 方法
        Log.d(TAG, "resumeWith: ++++ CoroutineEnd")
        result.onSuccess {
            Log.d(TAG, "++++++ resumeWith onSuccess: ${context[CoroutineName]?.name}")
        }
        result.onFailure {
            Log.d(TAG, "++++++ resumeWith onFailure")
            context[CoroutineExceptionHandler]?.handleException(context, it)
        }
    }
})

首先，被 suspend 包裹的代码段就是协程需要去执行的协程体，最后还有一个返回值。其次，startCoroutine 方法中的匿名内部类 Continuation 实际上实现了协程上下文的配置以及协程执行完的回调。

在配置协程上下文中，使用了 CoroutineName 和 CoroutineExceptionHandler 添加了两个元素。CoroutineName 可以为协程绑定一个名字；CoroutineExceptionHandler 前文已有说明。

而 resumeWith 方法就是协程的回调方法，执行失败或完成都会回调，就拿上面的代码，在Activity onCreate 方法中执行，就会输出下面的信息：

可以看出，通过 CoroutineName 确实可以给协程绑定一个名字，而且在协程体中可通过 coroutineContext 协程上下文对象获取到协程上下文的一些信息；协程执行完成时，回调的是  resumeWith 中 Result 的 onSuccess 方法；协程执行出错时，回调的是  resumeWith 中 Result 的 onFailure  方法。如果把 code 3 中的 val tmp = 1/0去掉注释再运行，则会输出下面的情况：

协程上下文就说到这里。