Kotlin 协程 (二)

Kotlin 协程提供了丰富的功能,能够高效地处理并发和异步任务。以下是对 Kotlin 协程中常见概念和功能的详细讲解,包括它们的定义、作用、使用场景以及最佳实践。


1. 协程核心概念

1.1 CoroutineScope
  • 定义:CoroutineScope 是协程作用域的抽象,用于管理协程的生命周期。它定义了协程的上下文(CoroutineContext),并提供启动协程的方法。
  • 作用
    • 管理协程的生命周期,确保协程在作用域结束时自动取消。
    • 提供结构化并发,便于协程的父子关系管理。
  • 使用场景
    • 在 Android 开发中,用于管理 UI 生命周期内的协程。
    • 在后台任务中,用于批量管理协程。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val scope = CoroutineScope(Job() + Dispatchers.Default)
  scope.launch {
      // 协程任务
  }
  // 作用域结束时取消所有协程
  scope.cancel()
1.2 Dispatchers
  • 定义:Dispatchers 是协程调度器,用于决定协程在哪个线程上运行。
  • 常见类型
    • Dispatchers.Default:用于计算密集型任务,线程数与 CPU 核心数匹配。适合需要高性能计算的场景。
    • Dispatchers.IO:用于 IO 密集型任务,线程数较多。适合文件读写、网络请求等 IO 操作。
    • Dispatchers.Main:用于 Android 的主线程,处理 UI 更新。适合更新 UI 界面。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
      // 计算任务
  }
  CoroutineScope(Dispatchers.IO).launch {
      // IO 任务
  }
  CoroutineScope(Dispatchers.Main).launch {
      // UI 更新
  }
1.3 withTimeoutOrNull
  • 定义:withTimeoutOrNull 是一个挂起函数,用于在指定时间内执行协程代码块。如果超时,返回 null 而不抛出异常。
  • 作用
    • 避免因超时导致的异常处理,代码更简洁。
    • 适用于对超时结果不敏感的场景。
  • 使用场景
    • 网络请求:限制请求的最大等待时间。
    • 计算任务:确保长时间计算不会阻塞主线程。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val result = withTimeoutOrNull(1000L) {
      // 模拟耗时任务
      delay(1200)
      "任务完成"
  }
  println(result) // 输出:null(因为超时)
  

2. 高级协程功能

2.1 并发限制:Semaphore
  • 定义:Semaphore 是一种同步工具,用于控制协程的并发数量。
  • 原理:通过内部计数器管理协程的访问权限,限制同时运行的协程数量。
  • 使用场景
    • 网络请求:限制同时发起的请求数量。
    • 资源管理:防止资源被过度占用。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val semaphore = Semaphore(10) // 允许最多 10 个协程并发
  repeat(100) {
      semaphore.acquire() // 获取许可
      CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
          // 并发任务
          semaphore.release() // 释放许可
      }
  }
2.2 异常处理:SupervisorJob
  • 定义:SupervisorJob 是一种特殊的 Job,用于控制协程的取消行为。它允许协程的子任务独立运行,子协程失败不会影响其他子协程。
  • 作用
    • 提供更灵活的异常处理机制。
    • 防止因单个协程失败导致整个任务链中断。
  • 使用场景
    • 在需要容错处理的并发任务中使用。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val supervisorJob = SupervisorJob()
  val scope = CoroutineScope(supervisorJob + Dispatchers.Default)
  scope.launch {
      // 任务1
      throw Exception("任务1失败")
  }
  scope.launch {
      // 任务2,即使任务1失败也会继续运行
      delay(1000)
      println("任务2完成")
  }
2.3 挂起函数:suspend
  • 定义:suspend 是 Kotlin 协程的关键字,用于定义挂起函数。挂起函数可以在协程中挂起执行,而不会阻塞线程。
  • 作用
    • 简化异步编程,避免回调地狱。
    • 提供类似同步代码的异步逻辑。
  • 使用场景
    • 网络请求、文件读写等异步操作。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  suspend fun fetchData(): String {
      delay(1000) // 模拟耗时操作
      return "数据"
  }

3. 协程调度与生命周期管理

3.1 协程上下文:CoroutineContext
  • 定义:CoroutineContext 是协程的上下文,用于定义协程的运行环境和配置。

  • 组成

    • Job:协程的生命周期管理。
    • CoroutineDispatcher:协程的调度器。
    • CoroutineName:协程名称(调试用)
    • CoroutineExceptionHandler:异常处理器
  • 作用

    • 决定协程的运行方式。
    • 提供统一的配置接口。
  • 示例

Kotlin 复制代码
  val context = Job() + Dispatchers.Default + CoroutineName("MyCoroutine")
  CoroutineScope(context).launch {
      // 协程任务
  }
3.2 结构化并发
  • 定义:结构化并发是指协程的父子关系管理。父协程可以创建子协程,子协程的生命周期与父协程绑定。
  • 特点
    • 取消 scope 会取消所有子协程
    • 提供结构化的并发管理
    • 常用实现:viewModelScope, lifecycleScope
  • 示例
Kotlin 复制代码
class MyViewModel : ViewModel() {
    fun fetchData() {
        viewModelScope.launch {
            // 自动绑定ViewModel生命周期
        }
    }
}

4. 实践案例与最佳实践

4.1 网络请求
  • 场景:使用协程处理网络请求,避免阻塞主线程。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val result = withTimeoutOrNull(5000L) {
      // 发起网络请求
      networkRequest()
  }
  result?.let {
      // 处理结果
  } ?: println("请求超时")
4.2 Android 开发
  • 场景:在 Android 中使用协程处理耗时操作,提升用户体验。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  lifecycleScope.launch(Dispatchers.IO) {
      val data = fetchData()
      withContext(Dispatchers.Main) {
          // 更新 UI
      }
  }
4.3 并发任务
  • 场景:限制并发任务的数量,避免资源过度消耗。
  • 示例
Kotlin 复制代码
  val semaphore = Semaphore(5) // 限制最多 5 个并发任务
  repeat(10) {
      semaphore.acquire()
      CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
          // 并发任务
          semaphore.release()
      }
  }
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