Kotlin協程快速進階

大頭呆發表於2019-01-01

大家元旦快樂,去年(幾天前)寫了篇Kotlin協程快速入門,簡單介紹了下協程的一些基本概念,今天來介紹下一些其他重要的知識點。

Channel

在協程裡面開啟另一個協程是很方便的,但如果想在它們之間傳遞訊息,或者說協程間通訊該怎麼做呢?Channel(通道)就可以用作在協程之間簡單的傳送接收資料:

fun main() = runBlocking {
        val channel = Channel<String>()
        launch {
                channel.send("apple")
        }
        println("I like ${channel.receive()}")
    }
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這種做法是很像消費者與生產者模式。生產者一方生成併傳送一定量的資料放到緩衝區中,與此同時,消費者也在緩衝區消耗這些資料。這一點通過它所繼承的介面定義也能很好地體現:

public interface Channel<E> : SendChannel<E>, ReceiveChannel<E> {
  public companion object Factory {
       
        public const val UNLIMITED = Int.MAX_VALUE

        public const val RENDEZVOUS = 0

        public const val CONFLATED = -1
    }
}
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通道緩衝區 通道是一個介面,根據緩衝區容量不同,有四種不同的具體實現。

public fun <E> Channel(capacity: Int = RENDEZVOUS): Channel<E> =
    when (capacity) {
        RENDEZVOUS -> RendezvousChannel()
        UNLIMITED -> LinkedListChannel()
        CONFLATED -> ConflatedChannel()
        else -> ArrayChannel(capacity)
    }
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Channel的緩衝區預設是0個,當有資訊send進去後,協程就會被掛起,只有被調receive後才會繼續執行。如果容量大於0,當達到容量最大值時也同樣會被掛起:

 fun main() = runBlocking {
        val channel = Channel<Int>(2)
        launch {
            for (x in 1..5) {
                channel.send(x * x)
                println("send $x")
            }
        }
        delay(200L)
        repeat(2) { println("receive ${channel.receive()}") }
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結果如下,在傳送兩個資料後,只有收到一個資料後才會繼續傳送:

2019-01-01 19:01:11.176 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: send 1
2019-01-01 19:01:11.176 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: send 2
2019-01-01 19:01:11.377 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: receive 1
2019-01-01 19:01:11.377 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: receive 4
2019-01-01 19:01:11.377 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: send 3
2019-01-01 19:01:11.377 30809-30809/com.renny.kotlin I/System.out: send 4
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以上就是Channel的基本用法了,看到這,熟悉Java併發程式設計的同學很容易聯想到阻塞佇列,它們的作用是很相似的。Channel實現的阻塞佇列並不是真正的阻塞,而是協程被掛起,並且它是可以被關閉的。

Channel詳解

上面說道Channel繼承了SendChannelReceiveChannel,它本身沒有實現邏輯,所以我們來看下這兩個介面的一些重要方法:

public fun offer(element: E): Boolean
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這也是傳送訊息的方法,不過和send不同,它有返回值,在Channel緩衝區容量滿了的時候不會掛起而是直接返回false。

public fun close(cause: Throwable? = null): Boolean
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關閉通道,關閉通道後再呼叫send或者offer會丟擲異常。在傳送方可以用isClosedForSend來判斷通道是否關閉。對應的, 還有isClosedForReceive,但它會在所有之前傳送的元素收到之後才返回 "true"。

 public fun poll(): E?
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offer對應,從緩衝區取不到訊息會返回空,而不是像receive一樣掛起協程。

public fun cancel(): Unit
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會取消接受訊息並移除緩衝區的所有元素,因此isClosedForReceive也會立即返回"true"。

 public operator fun iterator(): ChannelIterator<E>
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通過返回一個迭代器來接受緩衝區的訊息,其實直接用for迴圈也是可以的(Channel並不是一個集合,可能是對協程的特殊支援吧):

fun main() = runBlocking {
        val channel = Channel<Int>()
        launch {
            for (x in 1..5) channel.send(x * x)
            channel.close()
        }
        for (y in channel) println(y)
        println("Done!")
    }
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Channel進階

事件的合併

再回到最初,緩衝區容量定義,大於等於0的值都很好理解,但Channel.CONFLATED = -1是什麼鬼? 我們來改造下上面的demo:

 fun main() = runBlocking {
        val channel = Channel<Int>(Channel.CONFLATED)
        launch {
            for (x in 1..5) {
                channel.send(x * x)
                println("send $x")
            }
        }
        delay(200L)
        repeat(2) { println("receive ${channel.receive()}") }
    }
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輸出如下:

2019-01-01 20:10:29.922 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: send 1
2019-01-01 20:10:29.922 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: send 2
2019-01-01 20:10:29.927 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: send 3
2019-01-01 20:10:29.927 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: send 4
2019-01-01 20:10:29.928 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: send 5
2019-01-01 20:10:30.117 1314-1314/com.renny.kotlin I/System.out: receive 25
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send方法並沒有被掛起,但我們只收到了一個訊息。事實上,定義為Channel.CONFLATED時,緩衝區的的容量也是1,但當容量已經有訊息,但又有新訊息來的的時候,它會用新訊息來替代當前的訊息。所以根據這個特性,接收方總是能接收到最新的訊息。具體有啥用嘛?比如點選一次按鈕觸發一次動畫,在動畫播放期間的點選事件都將被合併成一次,當動畫結束後,又會開始最新點選的動畫,之間的點選都被略掉了。

擴充套件

上面傳送和接受程式碼寫的多少有些繁瑣,官方還提供了擴充套件方法produceconsumeEach,我們來該寫下例子,不需要手動再開啟傳送訊息一方的協程了:

fun main() = runBlocking {
        val squares = produce {
            for (x in 1..5) send(x * x)
        }
        squares.consumeEach { println(it) }
        println("Done!")
    }
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async/await

async 非同步, await 等待 ,這兩個方法是協程為了更好解決非同步任務而推出的,熟悉JS、C#等語言的人對這兩個方法肯定很熟悉,用法也是差不多的。

 fun main() = runBlocking{
        var time = measureTimeMillis {
            val one = doSomethingUsefulOne()
            val two = doSomethingUsefulTwo()
            println("The answer is ${one + two}")
        }
        println("Sync completed in $time ms")

         time = measureTimeMillis {
            val one = async { doSomethingUsefulOne() }
            val two = async { doSomethingUsefulTwo() }
            println("The answer is ${one.await() + two.await()}")
        }
        println("Async completed in $time ms")
    }

    suspend fun doSomethingUsefulOne(): Int {
        delay(1000L)
        return 13
    }

    suspend fun doSomethingUsefulTwo(): Int {
        delay(1000L)
        return 29
    }
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結果是一樣的,但耗時卻差了一半。我們就像呼叫同步任務一樣啟用非同步,不得不說比java原生實現優雅多了

2019-01-01 20:52:15.482 3520-3520/com.renny.kotlin I/System.out: The answer is 42
2019-01-01 20:52:15.483 3520-3520/com.renny.kotlin I/System.out: Sync completed in 2006 ms
2019-01-01 20:52:16.489 3520-3520/com.renny.kotlin I/System.out: The answer is 42
2019-01-01 20:52:16.489 3520-3520/com.renny.kotlin I/System.out: Async completed in 1006 ms
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async是一個擴充套件方法,在裡面啟動了一個子協程,看下定義:

public fun <T> CoroutineScope.async(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> T
): Deferred<T> {
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyDeferredCoroutine(newContext, block) else
        DeferredCoroutine<T>(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}
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返回的也不再是Job物件,而是Deferred,這兩者大概像就是runnable和callable的關係吧,無返回值和有返回值,其他都差不多。而await會掛起當前的協程,直到子協程程式碼結束並拿到返回結果,和join也類似。

小結

今天就介紹這麼多啦,正如標題所說,這幾篇文章的目的就是讓大家一起更簡單地和快速地對協程有個初步的瞭解。同RxJava一樣,協程也是Kotlin為了更好地處理非同步任務而推出的功能庫,如何將其用在網路請求、資料庫、檔案IO等方面,讓程式碼變得更簡潔更優雅才是最終目的。

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