协程的基本概念及用法-拓冰建站

协程的基本概念及用法

协程的基本概念及用法
1. 阅读前问题卡：Kotlin 协程
1.1 阅读前先看这几个问题
1.2 读完后完成这 3 个任务
1.2.1 任务 1：说明协程与线程的关系
1.2.2 任务 2：区分协程创建、切换与挂起
1.2.3 任务 3：走读请求示例的状态变化
1.3 自检清单
2. 协程是什么？
3. 协程与线程的关系
4. 协程的基本使用
4.1 使用 launch 方法
4.2 使用 withContext 方法
4.3 使用 suspend 关键字
5. 获取协程的返回值
5.1 async / await
5.2 suspendCoroutine
6. 协程的非阻塞式挂起
7. 代码示例

1. 阅读前问题卡：Kotlin 协程

建议先读：先读“协程是什么？”和“协程与线程的关系”，再依次阅读launch、withContext与suspend三个小节。

1.1 阅读前先看这几个问题

文档如何界定 Kotlin 协程，它与线程和进程分别是什么关系？
为什么单线程中使用协程不会缩短总执行时间，Android 主线程上的耗时操作又为什么仍需切换线程？
runBlocking、GlobalScope.launch和自行创建CoroutineScope这 3 种方式各有什么适用边界？
launch、withContext和suspend分别负责创建协程、切换线程和限制调用位置中的哪一部分？
协程执行到suspend方法时，线程和协程各自如何继续执行，完成后又如何resume？
async / await与suspendCoroutine在是否创建协程、返回结果和提交异常方面有什么区别？
代码示例中的请求状态如何从IDLE变为LOADING，再进入SUCCESS或FAIL，期间在哪些线程执行？

1.2 读完后完成这 3 个任务

1.2.1 任务 1：说明协程与线程的关系

做什么：用自己的话复述协程、线程和进程的关系，并解释文档所说的“协作式多任务”。
验证标准：能用不超过 4 句话说明代码运行层级、协程依赖线程、单线程总耗时和 Android 主线程切换要求。

1.2.2 任务 2：区分协程创建、切换与挂起

做什么：整理一张小表，对比runBlocking、GlobalScope.launch、CoroutineScope.launch、withContext和suspend的作用。
验证标准：每项都能写出“是否创建协程、是否切换线程、是否阻塞或限制调用位置”中的适用结论，并能对应到正文依据。

1.2.3 任务 3：走读请求示例的状态变化

做什么：从simulateNetworkRequest()开始，按执行顺序标出状态更新、协程启动、IO 线程切换、结果返回和 Compose 界面读取状态的位置。
验证标准：能画出IDLE → LOADING → SUCCESS / FAIL的状态路径，并指出viewModelScope.launch、async / await、withContext(Dispatchers.IO)和collectAsState()各自所在步骤。

1.3 自检清单

我能用一句话说明本文语境下的 Kotlin 协程是什么。
我能说明协程、线程和进程之间的关系。
我能区分 3 种协程创建方式的特点和使用边界。
我能解释launch、withContext、suspend、挂起和恢复之间的关系。
我能比较async / await与suspendCoroutine的用途。
我能沿着示例代码复述请求状态、线程切换和界面更新流程。

2. 协程是什么？

协程是一种编程思想，并不局限于特定的语言。除 Kotlin 以外，其他的一些语言，如 Go、Python 等都可以在语言层面上实现协程。

Kotlin Coroutine 本质上是 Kotlin 官方提供的一套线程封装 API，其设计初衷是为了解决并发问题，让“协作式多任务”实现起来更方便。

3. 协程与线程的关系

从 Android 开发者的角度去理解它们之间的关系：

我们所有的代码跑在线程中，而线程跑在进程中。
协程也是跑在线程中的，可以是单线程，也可以是多线程。
单线程中，协程的总执行时间并不会比不用协程少。
Android 系统上，在主线程上进行耗时操作（如网络请求），即使用了协程，也需要切换线程。

4. 协程的基本使用

4.1 使用 launch 方法

协程在写法上和普通的顺序代码类似，可以让开发者用同步的方式写出异步的代码。创建协程可以使用以下 3 种方式：

runBlocking{// 方法1：使用 runBlocking 顶层函数}GlobalScope.launch{// 方法2：使用 GlobalScope 单例对象，调用 launch 开启协程}valcoroutineScope=CoroutineScope(context)coroutineScope.launch{// 方法3：自行通过 CoroutineContext 创建一个 CoroutineScope 对象}

方法 1 适用于单元测试场景，实际开发中不使用，因为它是线程阻塞的。
方法 2 与runBlocking相比不会阻塞线程，但它的生命周期会和 APP 一致，且无法取消。
方法 3 比较推荐使用，可以通过context参数去管理和控制协程的生命周期。

此处的launch方法含义是：创建一个新的协程，并在指定的线程上运行它。传给launch方法的连续代码段就被叫做一个协程，传给launch方法的方法参数可以用于指定执行这段代码的线程。

coroutineScope.launch(Dispatchers.IO){// 可以通过 Dispatchers.IO 参数把任务切到 IO 线程执行}coroutineScope.launch(Dispatchers.Main){// 也可以通过 Dispatchers.Main 参数切换到主线程}

4.2 使用 withContext 方法

这个方法可以切换到指定的线程，并在闭包内的逻辑执行结束之后，自动把线程切换回去继续执行，如下所示：

coroutineScope.launch(Dispatchers.Main){// 在 UI 线程开始valimage=withContext(Dispatchers.IO){// 切换到 IO 线程getImage(imageId)// 在 IO 线程执行}imageView.setImageBitmap(image)// 回到 UI 线程更新 UI}

该方法支持自动切回原来的线程，能够消除并发代码在协作时产生的嵌套。如果需要频繁地进行线程切换，这种写法将有很大的优势，这就是“使用同步的方式写异步代码”。

4.3 使用 suspend 关键字

我们可以把withContext单独放进一个方法里面，此方法需要使用suspend关键字标记才能编译通过：

suspendfungetImage(imageId:Int)=withContext(Dispatchers.IO){}

使用launch、async等方法创建的协程，在执行到某个suspend方法时会从正在执行它的线程上脱离。互相脱离后的线程和协程将会分别执行不同的任务：

线程：线程执行到了suspend方法，就暂时不再执行剩余协程代码，跳出协程的代码块。如果它是一个后台线程，它会被系统回收或者再利用（继续执行别的后台任务），与 Java 线程池中的线程等同；如果它是 Android 主线程，它会继续执行界面刷新任务。
协程：协程会从上面被挂起的suspend方法开始，在该方法的参数指定的线程（如Dispatchers.IO所指定的 IO 线程）中继续往下执行。suspend方法执行完成之后，会重新切换回它原先的线程。这个“切回来”的动作，在 Kotlin 中叫做resume。

suspend关键字只是一个提醒，为了让它包含真正挂起的逻辑，要在它内部直接或间接调用 Kotlin 自带的suspend方法。该关键字本身只有一个效果：限制这个方法只能在协程里或者另一个suspend方法中被调用，否则就会编译不通过。

5. 获取协程的返回值

协程是一种异步的概念，需要一些特殊操作才能获取返回值。获取协程的返回值可以使用以下方式：

5.1 async / await

主要流程是使用async开启协程，然后调用async返回的Deferred对象的await方法获取协程运算的结果：

coroutineScope.launch(Dispatchers.IO){valjob=async{delay(1000)return@async"return value"}println("async result=${job.await()}")}

5.2 suspendCoroutine

与async不同，suspendCoroutine只是一个挂起方法，无法开启协程，需要在其他协程作用域中使用。协程运行结束后，使用resume提交返回值或使用resumeWithException抛出异常。

coroutineScope.launch(Dispatchers.IO){try{valresult=suspendCoroutine<String>{delay(1000)valrandom=Random().nextBoolean()if(random){it.resume("return value")}else{it.resumeWithException(Exception("Coroutine Failure"))}}println("suspendCoroutine success result:$result")}catch(e:java.lang.Exception){println("suspendCoroutine failure exception:$e")}}

6. 协程的非阻塞式挂起

“非阻塞式挂起”指的就是协程在挂起的同时切线程这件事情。使用了协程的代码看似阻塞，但由于协程内部做了很多工作（包括自动切换线程），它实际上是非阻塞的。在代码执行的过程中，线程虽然会切换，但写法上类似普通的单线程代码。

在 Kotlin 中，协程就是基于线程来实现的一种更上层的工具 API，类似于 Android 自带的 Handler 系列 API。在设计思想上，协程是一个基于线程的上层框架。Kotlin 协程并没有脱离 Kotlin 或者 JVM 创造新的东西，只是简化了多线程的开发。

7. 代码示例

使用协程模拟实现一个网络请求，等待时显示 Loading，请求成功或者出错让 Loading 消失，并将状态反馈给用户。

在ViewModel中编写如下业务逻辑代码：

@HiltViewModelclassMainViewModel@Injectconstructor():ViewModel(){enumclassRequestStatus{IDLE,LOADING,SUCCESS,FAIL}valrequestStatus=MutableStateFlow(RequestStatus.IDLE)/** * 模拟网络请求，并将状态设置给 requestStatus 变量 */funsimulateNetworkRequest(){requestStatus.value=RequestStatus.LOADING viewModelScope.launch{valrequestResult=async{performSimulatedRequest()}.await()requestStatus.value=if(requestResult)RequestStatus.SUCCESSelseRequestStatus.FAIL}}/** * 使用 delay 方法模拟耗时操作，用随机数模拟请求成功或失败 */privatesuspendfunperformSimulatedRequest()=withContext(Dispatchers.IO){delay(500)valrandom=Random()return@withContextrandom.nextBoolean()}}

MainActivity中使用 Jetpack Compose，将请求状态实时显示在界面上：

@AndroidEntryPointclassMainActivity:ComponentActivity(){privatevalmainViewModel:MainViewModelbyviewModels()overridefunonCreate(savedInstanceState:Bundle?){super.onCreate(savedInstanceState)setContent{ComposeTheme{Surface(modifier=Modifier.fillMaxSize(),color=MaterialTheme.colorScheme.background){valrequestStatusState=mainViewModel.requestStatus.collectAsState()valrequestStatusbyrememberSaveable{requestStatusState}Text(text=requestStatus.name,color=Color.Red)}}}mainViewModel.simulateNetworkRequest()}}