Android协程的7个必要知识点

午后一小憩2023-08-12 11:39

在现代Android应用开发中，协程（Coroutine）已经成为一种不可或缺的技术。它不仅简化了异步编程，还提供了许多强大的工具和功能，可以在高阶场景中发挥出色的表现。 本文将深入探讨Coroutine重要知识点，帮助开发者更好地利用Coroutine来构建高效的Android应用。

重要知识点

  1. 协程基础： 了解协程的基本概念、工作原理和语法。学会创建、启动和取消协程。

  2. 上下文与调度器： 理解协程上下文的概念，包括调度器（Dispatcher）的作用，如何在不同的线程上执行协程代码。

  3. 挂起函数： 掌握挂起函数的概念，以及如何在协程中调用和编写挂起函数。学会处理异常和错误。

  4. 协程作用域： 理解协程作用域的概念，如何管理多个协程的生命周期和范围。

  5. 并发与顺序性： 学会使用协程来处理并发任务和顺序性操作，以及如何组合多个协程的执行流程。

  6. 协程间通信： 掌握协程间通信的方法，如使用通道（Channel）进行数据交换和协程间的协作。

  7. 协程在UI线程中的使用： 学会在Android应用中使用协程来处理UI操作，避免阻塞主线程。

协程基础

Kotlin Coroutine是一种轻量级的并发编程库，使异步编程变得更加简单和可控。以下将快速帮了解协程的基本概念与运用。

协程的基本概念

协程是一种能够在代码中实现顺序性操作的同时处理异步任务的并发机制。它不仅能够简化异步编程，还可以提高代码的可读性和维护性。协程通过挂起函数（suspend函数）实现异步操作，而不会阻塞线程。

协程的工作原理

协程的核心是通过调度器（Dispatcher）在不同的线程上执行任务。当协程遇到挂起函数时，它会挂起当前线程，然后将任务切换到其他线程上执行，等待异步操作完成后再继续执行。

协程的基本语法

在Kotlin中，使用launch函数创建和启动协程，它返回一个Job实例，代表了协程的生命周期。协程代码块位于launch函数的大括号内。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*

fun main() {
    // 创建协程
    val job = GlobalScope.launch {
        // 协程代码块
        delay(1000)
        println("Hello from Coroutine!")
    }
    
    // 等待协程完成
    runBlocking {
        job.join()
    }
}

取消协程

取消协程是一种优雅地结束协程的方式，避免资源泄漏。协程可以通过调用cancel函数来取消。另外，当协程的父协程被取消时，所有的子协程也会被取消。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    val job = launch {
        try {
            delay(1000)
            println("Coroutine completed.")
        } catch (e: CancellationException) {
            println("Coroutine was cancelled.")
        }
    }
    
    delay(500)
    job.cancel() // 取消协程
    job.join()
}

异常处理

协程内部的异常可以通过try和catch来捕获和处理。如果协程内部抛出异常，它会被传递到协程的调用者处。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    val job = launch {
        try {
            throw Exception("Something went wrong")
        } catch (e: Exception) {
            println("Exception caught: ${e.message}")
        }
    }
    
    job.join()
}

了解协程的基本概念、工作原理和基本语法是使用Kotlin Coroutine的前提。通过创建、启动和取消协程，以及处理异常，你可以更好地掌握协程的核心功能，从而在异步编程中获得更高的效率和可维护性。

上下文与调度器

在Kotlin Coroutine中，上下文（Context）和调度器（Dispatcher）是关键概念，它们决定了协程在哪个线程上执行。理解和合理使用上下文与调度器，可以优化协程的执行性能和并发处理。下面讲深入介绍协程上下文的概念、调度器的作用，以及如何在不同线程上执行协程代码。

协程上下文与调度器

协程上下文是协程运行时的环境，包含了许多不同的元素，如调度器、异常处理器等。调度器（Dispatcher）是上下文的一部分，它决定了协程在哪个线程上执行。Kotlin提供了几种内置的调度器，例如Dispatchers.Main、Dispatchers.IO、Dispatchers.Default等。

在不同线程上执行协程

使用不同的调度器，我们可以在不同的线程上执行协程代码，从而优化并发处理和性能。

kotlin 复制代码 
launch(Dispatchers.IO) {
    // 在IO线程上执行协程代码，适用于网络请求和文件操作
}

launch(Dispatchers.Default) {
    // 在默认的线程池上执行协程代码，适用于CPU密集型操作
}

切换线程

使用withContext函数可以在协程内部切换线程，从而避免阻塞主线程，同时保持协程的执行上下文。

kotlin 复制代码 
launch {
    val result = withContext(Dispatchers.IO) {
        // 在IO线程上执行异步操作
    }
    // 在UI线程处理结果
}

自定义调度器

除了内置的调度器，你还可以创建自定义的调度器来满足特定需求，例如使用特定的线程池或调度算法。

kotlin 复制代码 
val customDispatcher = Executors.newFixedThreadPool(4).asCoroutineDispatcher()

launch(customDispatcher) {
    // 在自定义调度器上执行协程代码
}

协程上下文和调度器是Kotlin Coroutine中的核心概念，它们决定了协程的执行环境和线程。合理使用不同的调度器，可以使协程在不同的线程上高效地执行，从而实现并发处理和性能优化。

挂起函数

在Kotlin Coroutine中，挂起函数是一种特殊的函数，它可以在协程内部被挂起，等待异步操作完成而不会阻塞线程。挂起函数是协程异步编程的核心。下面将详细介绍挂起函数的概念，以及如何在协程中调用和编写挂起函数，并学会处理异常和错误。

挂起函数的概念

挂起函数是具有suspend关键字修饰的函数，它可以在协程内部被挂起，等待某个操作完成后再继续执行。典型的例子包括网络请求、文件读写、数据库查询等异步操作。

kotlin 复制代码 
suspend fun fetchUserData(): UserData {
    // 执行异步操作，等待数据返回
}

在协程中调用挂起函数

在协程内部调用挂起函数是直接的，你可以像调用普通函数一样调用挂起函数，而无需关心线程的切换。

kotlin 复制代码 
launch {
    val userData = fetchUserData()
    // 处理获取到的用户数据
}

异常和错误处理

在协程中，异常处理是非常重要的一部分。使用try和catch来捕获挂起函数中抛出的异常，确保代码的健壮性。

kotlin 复制代码 
launch {
    try {
        val userData = fetchUserData()
        // 处理获取到的用户数据
    } catch (e: Exception) {
        // 处理异常情况
    }
}

协程取消与异常

当协程被取消时，挂起函数也会被取消。协程的取消机制可以确保及时释放资源，避免资源泄漏。

kotlin 复制代码 
launch {
    try {
        val userData = fetchUserData()
        // 处理获取到的用户数据
    } catch (e: CancellationException) {
        // 协程被取消时的处理
    } catch (e: Exception) {
        // 其他异常情况
    }
}

使用协程范围

协程范围（coroutineScope函数）可以在挂起函数内部创建新的协程，它会等待所有的子协程完成后再继续执行。

kotlin 复制代码 
suspend fun performMultipleTasks() = coroutineScope {
    val result1 = async { fetchFromNetwork() }
    val result2 = async { fetchFromDatabase() }
    
    val combinedResult = result1.await() + result2.await()
    // 处理并发任务的结果
}

挂起函数是Kotlin Coroutine中的重要组成部分，它允许在协程中优雅地处理异步操作。通过掌握挂起函数的调用、编写和异常处理，你可以更好地在协程中处理异步操作，确保代码的可靠性和稳定性。

协程作用域

在异步编程中，协程的生命周期和范围管理是至关重要的。Kotlin Coroutine引入了协程作用域的概念，帮助我们更好地管理多个协程的执行以及确保资源的正确释放。

什么是协程作用域？

协程作用域是一个上下文（CoroutineScope）的实例，用于创建和管理相关联的协程。通过将协程限定在特定的作用域内，我们可以更好地控制它们的生命周期。协程作用域通常与Activity、Fragment或ViewModel等相关联，以确保在组件销毁时取消所有协程，避免资源泄漏。

创建协程作用域

在Kotlin中，我们可以使用CoroutineScope来创建协程作用域。例如，在Activity中：

kotlin 复制代码 
class MyActivity : AppCompatActivity(), CoroutineScope by CoroutineScope(Dispatchers.Main) {

    // ...

    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        cancel() // 取消协程作用域内的所有协程
    }
}

启动协程作用域内的协程

在协程作用域内启动协程时，它们会继承作用域的上下文和调度器。这意味着它们将在相同的线程上运行，并受到相同的取消影响。

kotlin 复制代码 
launch {
    // 在协程作用域内启动协程
    // 该协程将继承外部作用域的上下文和调度器
}

协程作用域的嵌套

协程作用域可以嵌套，内部作用域的协程会继承外部作用域的上下文。这使得我们可以在更细粒度的范围内管理协程的生命周期。

kotlin 复制代码 
class MyActivity : AppCompatActivity(), CoroutineScope by CoroutineScope(Dispatchers.Main) {

    // ...

    fun performMultipleTasks() = launch {
        // 在外部作用域的协程内启动协程
        launch {
            // 在内部作用域的协程内启动协程
        }
    }
}

使用结构化并发

结构化并发是协程作用域的一个重要特性，它可以确保在作用域中的所有协程完成后才继续执行。这有助于避免竞态条件和资源泄漏。

kotlin 复制代码 
runBlocking {
    // 在结构化并发作用域内启动协程
    launch {
        // 协程1
    }
    launch {
        // 协程2
    }
    // 等待所有协程完成后继续
}

协程作用域为我们提供了一种优雅且可控的方式来管理协程的生命周期和范围。通过合理地创建作用域并结合结构化并发，我们可以避免资源泄漏、提高代码的可读性，并确保协程在正确的上下文中执行，为异步编程带来更多便利。

并发与顺序性

在异步编程中，既需要处理多个任务的并发执行，也需要确保一些操作按照特定的顺序执行。Kotlin Coroutine提供了灵活的机制来处理并发和顺序性操作，同时能够简化多个协程的组合。下面将深入介绍如何使用协程来处理并发任务和顺序性操作，以及如何在不同的场景中组合多个协程的执行流程。

并发任务

协程使并发任务的管理变得非常直观。通过使用launch函数，我们可以在不同的协程中同时执行多个任务，而这些协程可以在相同的作用域内运行，继承相同的上下文和调度器。

kotlin 复制代码 
launch {
    val result1 = async { fetchFromNetwork() }
    val result2 = async { fetchFromDatabase() }

    val combinedResult = result1.await() + result2.await()
    // 处理并发任务的结果
}

顺序性操作

有时，我们需要确保一些操作按照特定的顺序执行，例如先从数据库读取数据，然后再进行网络请求。协程提供了async函数来实现这种顺序性操作，通过await等待前一个操作的完成。

kotlin 复制代码 
launch {
    val dataFromDatabase = async { fetchFromDatabase() }.await()
    val updatedData = async { performNetworkRequest(dataFromDatabase) }.await()
    // 处理顺序性操作的结果
}

组合多个协程流程

在复杂的场景中，可能需要组合多个协程的执行流程，以满足特定的需求。async和await的组合，以及协程的结构化并发，可以帮助我们实现这种复杂的协程调度。

kotlin 复制代码 
runBlocking {
    val result = withContext(Dispatchers.IO) {
        val dataFromDatabase = async { fetchFromDatabase() }.await()
        val updatedData = async { performNetworkRequest(dataFromDatabase) }.await()
        // 更多操作...
        updatedData
    }
    // 处理组合多个协程流程的结果
}

异步风格的顺序性操作

为了更好地处理顺序性操作，Kotlin Coroutine提供了异步风格的代码写法，类似于JavaScript中的Promise链式调用。这种方式可以让我们以更加流畅的方式编写顺序性操作，而无需显式地使用await。

kotlin 复制代码 
runBlocking {
    val result = withContext(Dispatchers.IO) {
        fetchFromDatabaseAsync()
            .then { dataFromDatabase -> performNetworkRequestAsync(dataFromDatabase) }
            .then { updatedData -> performAdditionalOperationAsync(updatedData) }
            .await()
    }
    // 处理异步风格顺序性操作的结果
}

Kotlin Coroutine为并发任务和顺序性操作提供了强大而灵活的工具，使得异步编程变得更加简洁和可控。通过合理地组合协程、使用async和await，以及掌握异步风格的顺序性操作，你可以更好地应对不同的并发和顺序性需求，构建出高效、稳定的异步代码。

协程间通信

在Kotlin Coroutine中，协程之间的通信和协作是非常重要的。通道（Channel）是一种用于在协程之间进行数据交换的机制，类似于生产者-消费者模型。下面将详细介绍如何使用通道来实现协程之间的数据交换和协作。

通道（Channel）的基本概念

通道是一种线程安全的数据结构，允许协程在一个端发送数据，而在另一个端接收数据。通道的数据传输是非阻塞的，这意味着发送和接收操作可以在没有数据时暂停，直到数据准备好。

创建和使用通道

可以使用Channel类的构造函数来创建通道。通道有不同的类型，例如无限容量的通道和有限容量的通道。发送数据使用send函数，接收数据使用receive函数。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*

fun main() = runBlocking {
    val channel = Channel<Int>()

    launch {
        for (i in 1..5) {
            channel.send(i)
        }
        channel.close()
    }

    launch {
        for (item in channel) {
            println("Received: $item")
        }
    }
}

协程的协作与取消

通道还可以用于实现协程之间的协作和取消。例如，一个协程可以等待另一个协程发送特定的信号，或者通过关闭通道来取消一个协程。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*

fun main() = runBlocking {
    val channel = Channel<Unit>()

    val job = launch {
        // 等待特定的信号
        channel.receive()
        println("Coroutine received signal.")
    }

    delay(1000)
    channel.send(Unit) // 发送信号给协程
    job.join()
}

扇出与扇入

通道也可以用于实现扇出（Fan-out）和扇入（Fan-in）模式，即多个协程将数据发送到同一个通道，或者从同一个通道接收数据。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*

fun main() = runBlocking {
    val producer: Job = launch {
        val channel = Channel<Int>()
        // 扇出模式
        launch {
            for (i in 1..5) {
                channel.send(i)
            }
            channel.close()
        }

        // 扇入模式
        launch {
            for (item in channel) {
                println("Received: $item")
            }
        }
    }

    producer.join()
}

通道是Kotlin Coroutine中强大的协程间通信工具，它使协程之间的数据交换和协作变得更加容易。通过创建和使用通道，你可以实现不同协程之间的数据传输，以及协程的协作和取消。

在Android应用中使用协程处理UI操作

在Android应用中，保持主线程的响应性是至关重要的。Kotlin Coroutine为我们提供了一种优雅的方式来处理异步操作，同时避免阻塞主线程。下面将介绍如何在Android应用中使用协程处理UI操作，确保用户界面的流畅和响应。

在UI线程中启动协程

Kotlin Coroutine允许我们在UI线程中启动协程，通过指定Dispatchers.Main调度器来实现。这使得我们可以在协程内部执行异步操作，而不会影响主线程的响应性。

kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.*
import kotlin.coroutines.CoroutineContext

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private val mainScope = MainScope()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)

        mainScope.launch {
            // 在UI线程中启动协程
            val result = withContext(Dispatchers.IO) {
                // 执行异步操作，例如网络请求
            }
            updateUI(result)
        }
    }

    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        mainScope.cancel() // 取消协程，避免资源泄漏
    }

    private fun updateUI(data: Any) {
        // 更新UI界面
    }
}

异常处理与取消

在UI协程中处理异常和取消操作非常重要。通过try和catch捕获异常，确保应用的稳定性。同时，在Activity销毁时取消协程，避免资源泄漏。

使用lifecycleScope

Android Jetpack的lifecycleScope提供了在ViewModel或Fragment中使用协程的更简单方式，它会自动管理协程的生命周期。

kotlin 复制代码 
class MyViewModel : ViewModel() {

    fun performAsyncTask() {
        viewModelScope.launch {
            // 在UI线程中启动协程
            val result = withContext(Dispatchers.IO) {
                // 执行异步操作，例如网络请求
            }
            // 更新UI界面
        }
    }
}

使用LiveData与Flow

Kotlin Coroutine可以与Android的LiveData和Flow集成，以实现响应式UI更新。通过使用lifecycleScope和ViewModel，我们可以将异步操作的结果推送到UI层进行展示。

kotlin 复制代码 
class MyViewModel : ViewModel() {

    val dataLiveData: LiveData<ResultType> = liveData {
        val result = fetchData()
        emit(result)
    }
}

在Android应用中，使用Kotlin Coroutine可以优雅地处理UI操作，避免阻塞主线程，提高用户界面的响应性。通过在UI线程中启动协程、处理异常和取消操作，以及结合Android Jetpack的lifecycleScope和LiveData，你可以轻松地实现异步操作并保持应用的稳定性和流畅性。

结论

协程是现代Android开发中的一项重要技术，通过深入了解其重要的知识点，我们可以更好地利用协程来构建高效、响应性强的应用程序。合理运用协程，我们可以在复杂的场景中取得出色的表现。

推荐

android_startup: 提供一种在应用启动时能够更加简单、高效的方式来初始化组件，优化启动速度。不仅支持Jetpack App Startup的全部功能，还提供额外的同步与异步等待、线程控制与多进程支持等功能。

AwesomeGithub: 基于Github的客户端，纯练习项目，支持组件化开发，支持账户密码与认证登陆。使用Kotlin语言进行开发，项目架构是基于JetPack&DataBinding的MVVM；项目中使用了Arouter、Retrofit、Coroutine、Glide、Dagger与Hilt等流行开源技术。

flutter_github: 基于Flutter的跨平台版本Github客户端，与AwesomeGithub相对应。

android-api-analysis: 结合详细的Demo来全面解析Android相关的知识点, 帮助读者能够更快的掌握与理解所阐述的要点。

daily_algorithm: 每日一算法，由浅入深，欢迎加入一起共勉。

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