Kotlin coroutines on Android

2021-02-19

What is coroutines?

维基百科的定义

维基百科上对协程的定义：

1	协程是计算机程序的一类组件，推广了协作式多任务的子程序，允许执行被挂起与被恢复。

从线程说起

我们都知道线程是抢占式的，你可以给线程设置优先级，但是 CPU 实际执行的是哪个线程，我们并不能控制，只能通过锁的方式来保证程序的逻辑正确。

协程是协作式的，是编程语言层级的，而非系统层级。当我们切换协程时，不涉及任何系统调用，因此可以把协程看作是轻量的线程。

Kotlin 中的协程

Kotlin 语言从1.3开始支持协程。Kotlin 中的协程在概念上与其他语言类似，但并没有像其他语言提供 async 、await 关键字，而是以扩展库的形式存在，其中最重要的就是挂起函数（可中断函数），即函数可以在某个时候暂停，并在未来某个时候恢复。

挂起函数代码示例：

挂起函数使用 suspend 关键字来修饰，相比于常规函数，挂起函数多了两个操作，suspend 和 resume。

suspend：挂起（暂停），暂停当前协程，并保存所有的局部变量。
resume：让暂停的协程从暂停处继续执行。

协程提供了一种全新的处理异步任务的方式。使得我们可以像写同步代码那样去写异步代码，减少了回调地狱，代码的可读性也得到了增强。同时协程还内置了取消操作，这对于 Android 开发者来说无疑是个福音。

How do I use coroutines?

Step 1：引入协程依赖库

1	implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.4.2'

Step2：启动一个协程

println("Start")

// Start a coroutine
GlobalScope.launch {
    delay(1000)
    println("Hello")
}

Thread.sleep(2000) // wait for 2 seconds
println("Stop")

可中断函数只允许在协程或者另一个可中断函数中调用。

Step3：使用 async 启动协程

val deferred = GlobalScope.async { "Hello" }
val deferred2 = GlobalScope.async { "World" }
runBlocking {
    println(deferred.await() + deferred2.await())
}

Step4：使用 Dispather 来进行线程调度

首先我们需要清楚一点：
协程可以在主线程中运行，suspend 函数并不代表后台执行。

那么协程是在哪个线程中运行呢？

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GlobalScope.launch {
    Log.d(TAG, "thread = ${Thread.currentThread().name}")
}

协程通过调度器（Dispather）来实现线程的调度，目前 Kotlin 提供了下面三个调度器来给我们使用：

线程调度代码示例：

小思考： printThreadName() 函数运行在哪了线程呢，是 IO 线程还是 Main 线程？

Step5：理解和使用协程作用域

从上面的代码中我们可以看到协程的启动需要一个作用域，这在 Android 开发中是非常有用且必要的。当 Activity 或者 Fragment 销毁时，我们可以通过与该 Activity 或 Fragment 绑定的作用域来取消协程，从而避免产生内存泄漏。

常用的作用域一览表：

Scope	描述	使用场景
GlobalScope	全局作用域	基本不使用，除非协程是全局的
viewModelScope	与 viewModel 绑定的作用域	App 内大部分场景
lifecycleScope	与 Lifecycle 对象绑定的作用域，如 Activity 或 Fragment	与生命周期相关的一些场景，使用 Fragment 时，需要区分 lifecycleScope 和 viewLifecycleOwner.lifecycleScope

自己创建一个新的 scope：

Step6：取消协程

当启动多个协程时，我们可以通过取消启动该协程的作用域来取消协程，而不需要单独管理每个协程。

有的时候我们并不想取消该作用域下的所有协程，只想取消某一个，应该怎么做？

协程构造器会返回一个**Job** 对象，我们可以通过该 Job 来管理协程的生命周期，当然也包含了取消操作。通过 Job 取消的方式不会对兄弟协程产生任何影响。

Step7：协程中的异常处理

Kotlin 中的异常

在学习协程的异常处理之前，我们先来看一下 Kotlin 中的异常。不知道大家有没有使用 String.toInt() 函数。我们先来看一下这个扩展函数的实现：

直接调用了 Java 中的 parseInt 方法，这就很有意思了。

我们可以看到 parseInt 方法是会抛出异常的，这很容易理解，不是所有的 string 对象都是整形的数字。Java 中通过抛出异常来处理这种情况。

但是在我们在 Kotlin 调用 String.toInt 时，IDE 并没有提示我们捕获异常，这是为什么？原因很简单，Kotlin 中没有受检查的异常（Checked Exceptions）。碰到这种情况，需要我们自己捕获异常，否则就会 Crash。这可能也是大部分人诟病 Kotlin 的一点。
关于 Checked Exceptions 的设计好坏与否，这里不做讨论，有兴趣的同学可以参考这篇文章。

如果协程发生了异常

当一个协程由于异常运行失败，它会传播该异常到它的父级，随后它的父级会取消所有相关的子协程，并继续向上传递。

这个行为看上去是比较合理的，但有的时候我们并不希望这么做。假如我们有一个和 UI 相关的 Scope，这个 scope 的一个子协程抛出了异常，导致整个 scope 被取消，由于取消后的作用域无法启动新的协程，这显然是不能被接受的。

怎么解决这个问题呢？只需要在创建 scope 时，使用 SupervisorJob 而不是 Job。

当使用 SupervisorJob 时，一个子协程抛出了异常，并不会取消它的父级和兄弟级，也不会传播异常，需要子协程自己处理异常，如果异常没有处理，会传递到 CoroutineContext 中的 CoroutineExceptionHandler 中，如果 CoroutineExceptionHandler 也没有设置，那么会直接 Crash。

怎么处理异常

使用 try/cath 处理

Why should I use coroutines?

轻量级：可以同时启动成百上千个协程，但却不会阻塞主线程
更少的内存泄漏：使用结构化的并发在同一作用域内执行多个任务
内置取消操作：方便在页面销毁时释放资源，减少内存泄漏
Jetpack 支持：Room、Paging 等官方支持库全面支持协程

Coroutines ❤️️ View

大部分情况下，我们都会使用协程来处理多线程问题，比如网络、数据库等 IO 任务。其实协程也可以处理单线程的异步任务。单线程的异步任务听上去很陌生，但是你肯定用过它。Android 中最典型的单线程任务就是与 View 相关的一些操作，比如 View 的绘制和动画。

Jetpack 中提供了很多扩展函数来帮我们简化代码，如 View.doOnPreDraw()，Animator.doOnEnd()
这些扩展函数只是帮我们将老的回调方式转化成了 Kotlin 友好的 lambda API，虽然看上去很优雅，但是并没有解决嵌套回调的问题。

suspendCancellableCoroutine

suspendCancellableCoroutine 可以从两个维度来执行协程的取消操作

在异步操作完成之前取消协程
在协程被挂起的时候，异步 UI 操作被取消或抛出异常

等待 View 布局完成

等待动画执行完成

实战演练

可能你会说这有什么用，不就是换了一种写法吗，不用协程也可以实现。是的，你确实可以实现，但碰到下面这种情况你就会觉得有用了。

需求：动画A和动画B同时执行，等两个动画都执行完成后，再执行动画C，动画C结束后再重复上述过程。

我们来看下不使用协程该怎么实现：

使用协程怎么实现：

是不是使用协程更加的便捷和方便呢？

QA：

我能在 Java 代码中使用协程吗？
协程稳定吗，可以在生产环境中使用吗？
协程难不难，学习成本是不是很大？