安卓开发中kotlin中的协程

一、什么是协程

协程（coroutine）是一种编写异步代码的方式，它可以让我们用同步的方式来写异步的代码，避免了回调地狱和复杂的线程管理。协程可以在不阻塞主线程的情况下，执行一些耗时的任务，例如网络请求、数据库操作或文件读写等。

协程的核心概念有以下几个：

• 挂起函数（suspend function）：一种可以暂停和恢复执行的特殊函数，它只能在协程或者其他挂起函数中调用。挂起函数可以让协程在等待某个结果的时候，释放当前线程，让其他协程继续执行，从而提高并发效率。
• 协程作用域（coroutine scope）：一种定义协程生命周期范围的对象，它可以管理协程的启动、取消和结构化并发。每个协程都必须在某个作用域内运行，当作用域被销毁时，它内部的所有协程都会被自动取消。
• 协程构建器（coroutine builder）：一种用于创建和启动协程的函数，它接收一个挂起函数作为参数，并返回一个协程对象。常见的协程构建器有launch和async两种，它们分别用于执行不返回结果和返回结果的异步任务。
• 调度器（dispatcher）：一种决定协程在哪个线程上执行的对象，它可以指定协程运行的线程池或者线程模式。Kotlin提供了三种调度器，分别是Dispatchers.Main、Dispatchers.IO和Dispatchers.Default，它们分别适用于在主线程、后台线程执行I/O操作和后台线程执行CPU密集型操作的场景。
• 上下文（context）：一种包含了协程相关信息的对象，例如调度器、作业、名称等。每个协程都有自己的上下文，可以通过coroutineContext属性访问。上下文可以在创建协程时指定，也可以在运行时切换。

二、如何使用协程

要在安卓开发中使用协程，我们需要添加以下依赖项：

dependencies {
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-core:1.5.2'
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.5.2'
}

这些依赖项包含了kotlin协程的核心库和安卓专用的扩展函数。

接下来，我们看一些使用协程的示例：

1. 启动一个简单的协程

要启动一个协程，我们需要使用一个协程构建器，例如launch或async。协程构建器是一种特殊的函数，它可以在某个作用域内创建和启动一个新的协程。作用域是一种控制结构，它可以定义协程的生命周期和上下文。

以下是一个使用launch协程构建器在全局作用域内启动一个简单的协程的示例：

fun main() {
    // 在全局作用域内启动一个新的协程
    GlobalScope.launch {
        // 在协程中执行一些耗时操作
        delay(1000) // 模拟网络请求
        println("Hello from coroutine") // 在控制台打印结果
    }
    // 在主线程中继续执行其他任务
    println("Hello from main thread") // 在控制台打印结果
    Thread.sleep(2000) // 阻塞主线程，等待协程完成
}

输出：

Hello from main thread
Hello from coroutine

在上面的示例中，我们使用GlobalScope.launch在全局作用域内启动了一个新的协程。全局作用域是一种预定义的顶层作用域，它可以让我们在应用程序的整个生命周期内创建和运行协程。我们可以给launch传入一个代码块，它会在协程中执行。在代码块中，我们使用了delay函数来模拟一个耗时的网络请求，然后打印了结果。注意，delay是一种特殊的挂起函数，它可以让当前的协程暂停一段时间，而不会阻塞当前的线程。挂起函数是一种只能在协程或其他挂起函数中调用的函数，它可以让协程在等待结果时释放线程资源，以供其他协程或任务使用。

同时，在主线程中，我们也打印了结果，并使用了Thread.sleep函数来阻塞主线程，等待协程完成。注意，这里我们使用了Thread.sleep而不是delay，因为delay只能在协程或挂起函数中使用，而主函数不是一个挂起函数。另外，这里我们使用了Thread.sleep只是为了演示效果，实际开发中不推荐这样做，因为这样会浪费线程资源，并且可能导致应用程序无响应。

从输出结果可以看出，主线程和协程是并发执行的，而不是顺序执行的。这意味着主线程不会等待协程完成就继续执行其他任务。如果我们想要让主线程等待协程完成再执行其他任务，我们可以使用一些同步机制，例如使用join或await函数来等待协程的结束或结果。

2. 在生命周期感知型组件中使用协程

在安卓开发中，我们通常需要根据组件的生命周期来管理协程的启动和取消，以避免内存泄漏或无用的工作。例如，我们可能只想在Activity或Fragment处于活动状态时才执行某些协程任务，而在它们被销毁时取消这些任务。

为了方便我们在生命周期感知型组件中使用协程，Kotlin提供了一些内置的协程作用域和扩展函数，它们可以让我们根据组件的生命周期自动启动和取消协程。这些作用域和函数包含在KTX扩展中，我们需要添加以下依赖项：

dependencies {
    implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-viewmodel-ktx:2.4.0'
    implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-runtime-ktx:2.4.0'
    implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-livedata-ktx:2.4.0'
}

以下是一些常用的生命周期感知型协程作用域和函数：

• ViewModelScope：每个ViewModel都定义了一个ViewModelScope，它会在ViewModel被清除时自动取消所有的协程。这个作用域适合一些与界面相关的协程任务，例如计算数据或更新LiveData等。我们可以通过viewModelScope属性访问ViewModel的CoroutineScope，如下所示：

class MyViewModel : ViewModel() {
    init {
        viewModelScope.launch {
            // 在ViewModelScope中启动一个协程
        }
    }
}

• LifecycleScope：每个Lifecycle对象都定义了一个LifecycleScope，它会在Lifecycle被销毁时自动取消所有的协程。这个作用域适合一些与界面交互相关的协程任务，例如更新视图或动画等。我们可以通过lifecycle.coroutineScope或lifecycleOwner.lifecycleScope属性访问Lifecycle的CoroutineScope，如下所示：

class MyFragment : Fragment() {
    override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onViewCreated(view, savedInstanceState)
        viewLifecycleOwner.lifecycleScope.launch {
            // 在LifecycleScope中启动一个协程
        }
    }
}

• repeatOnLifecycle：这是一个挂起函数，它可以让我们在Lifecycle处于某个特定状态时执行一个代码块，并在它处于其他状态时取消执行。这个函数适合一些需要根据界面可见性来控制执行的协程任务，例如收集数据流或播放音频等。我们可以指定Lifecycle的最低状态（如STARTED或RESUMED），并传入一个挂起函数作为参数，如下所示：

class MyFragment : Fragment() {
    val viewModel: MyViewModel by viewModel()
    override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onViewCreated(view, savedInstanceState)
        viewLifecycleOwner.lifecycleScope.launch {
            // repeatOnLifecycle会在每次Lifecycle达到STARTED状态时启动一个新的协程，并在STOPPED状态时取消它
            viewLifecycleOwner.repeatOnLifecycle(Lifecycle.State.STARTED) {
                // 在这个挂起函数中执行需要重启的协程任务
                viewModel.someDataFlow.collect { 
                    // 处理数据流
                }
            }
        }
    }
}

• flowWithLifecycle：这是一个扩展函数，它可以让我们对一个数据流进行生命周期感知型收集，即只有当Lifecycle处于某个特定状态时才收集数据流，并在其他状态时停止收集。这个函数适合一些需要根据界面

可见性来控制收集的协程任务，例如收集数据流或播放音频等。我们可以指定Lifecycle的最低状态（如STARTED或RESUMED），并传入一个数据流作为参数，如下所示：

viewLifecycleOwner.lifecycleScope.launch {
    // flowWithLifecycle会在Lifecycle达到STARTED状态时开始收集数据流，并在STOPPED状态时停止收集
    exampleProvider.exampleFlow()
        .flowWithLifecycle(viewLifecycleOwner.lifecycle, Lifecycle.State.STARTED)
        .collect { 
            // 处理数据流
        }
}

3. 在协程中返回结果

有时候，我们需要在协程中执行一些返回结果的异步任务，例如从网络或数据库中获取数据等。这时候，我们可以使用async协程构建器来创建一个返回Deferred对象的协程，然后使用await挂起函数来获取结果。async和await的组合类似于Java中的Future和get。

以下是一个使用async和await的示例：

fun main() = runBlocking {
    // 在主协程中启动两个子协程
    val deferred1 = async { getData1() } // 返回Deferred<String>
    val deferred2 = async { getData2() } // 返回Deferred<String>
    // 等待两个子协程都完成，并获取它们的结果
    val result1 = deferred1.await() // 挂起并获取String
    val result2 = deferred2.await() // 挂起并获取String
    // 在主协程中处理结果
    println("result1: $result1")
    println("result2: $result2")
}

suspend fun getData1(): String {
    delay(1000) // 模拟耗时操作
    return "Hello"
}

suspend fun getData2(): String {
    delay(2000) // 模拟耗时操作
    return "World"
}

输出：

result1: Hello
result2: World

注意，两个子协程是并发执行的，而不是顺序执行的。这意味着总共只花了大约2秒钟，而不是3秒钟。如果我们想要顺序执行两个子协程，我们可以直接在主协程中调用挂起函数，而不需要使用async和await，如下所示：

fun main() = runBlocking {
    // 在主协程中顺序调用两个挂起函数
    val result1 = getData1() // 挂起并获取String
    val result2 = getData2() // 挂起并获取String
    // 在主协程中处理结果
    println("result1: $result1")
    println("result2: $result2")
}

suspend fun getData1(): String {
    delay(1000) // 模拟耗时操作
    return "Hello"
}

suspend fun getData2(): String {
    delay(2000) // 模拟耗时操作
    return "World"
}

输出：

result1: Hello
result2: World

这次，两个子协程是顺序执行的，总共花了大约3秒钟。

三、协程的优缺点

协程相比于传统的异步编程方式，有以下一些优点：

• 简洁：协程可以让我们用同步的方式来写异步的代码，避免了回调地狱和复杂的线程管理。我们可以使用挂起函数、作用域、调度器等工具来简化异步编程的逻辑和流程。
• 高效：协程可以在不阻塞主线程上执行任务，而不会阻塞或占用线程。协程可以在需要时创建大量的协程，而不会像线程那样消耗系统资源。协程还可以在不同的线程之间灵活地切换，以实现最佳的性能和用户体验。
• 安全：协程可以避免一些常见的并发问题，例如竞态条件、死锁、内存泄漏等。协程可以使用作用域、调度器、上下文等工具来控制并发的范围、线程和生命周期。协程还可以利用Kotlin的空安全和异常处理机制来提高代码的健壮性。

当然，协程也有一些缺点，例如：

• 兼容性：协程是Kotlin语言的一个特性，如果要在Java中使用协程，就需要借助一些桥接库或工具，例如kotlinx-coroutines-jdk8或kotlinx-coroutines-rx2等。这些库或工具可能会增加项目的复杂度和维护成本，也可能会引入一些潜在的问题或风险。
• 调试：协程的调试可能比较困难，因为协程可以在不同的线程之间切换，而且协程的堆栈跟踪可能不太完整或清晰。开发者需要使用一些专门的工具或技巧来调试协程，例如使用CoroutineName上下文元素来给协程命名，或使用DebugProbes来检查协程的状态和堆栈跟踪等。