Kotlin 协程设计思想(八):suspend 到底是什么?为什么 suspend 不是开启协程?

------ 从 Continuation、状态机到协程恢复机制,彻底讲透 Kotlin 协程真正的底层原理

前面几篇

Kotlin 协程设计思想(一):CoroutineContext 到底是什么?为什么 Job 和 Dispatcher 可以直接相加?-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(二):Job 到底是什么?为什么协程能被取消?-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(三):Dispatchers 到底是什么?切线程真的只是切线程吗?-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(四):launch、async、withContext 到底有什么区别?_kotlin 协程launch和 async启动有什么区别-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(五):协程异常为什么这么难理解?_kotlin学习 csdn-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(六):结构化并发到底是什么?为什么 Google 一直强调 Scope?-CSDN博客

Kotlin 协程设计思想(七):为什么 Kotlin 要设计 SupervisorJob 和 supervisorScope?-CSDN博客

我们已经讲了:

CoroutineContext

↓

Job

↓

Dispatcher

↓

launch / async

↓

Exception

↓

Structured Concurrency

↓

Supervisor

到这里,很多同学会遇到一个非常容易误解的问题。

例如:

复制代码
suspend fun login() {

}

很多教程会说:

这是一个挂起函数。

于是很多人脑子里就变成了:

复制代码
suspend = 开启协程

包括我刚开始学协程的时候,也是这么理解的。

直到后来重新看 Kotlin 协程的设计,才突然发现:

suspend 根本不是开启协程。

甚至可以说:

suspend 什么都不会启动。

今天这篇,我们就彻底讲透:

suspend 到底是什么?


一、第一个误区:suspend 不是开启协程

例如:

复制代码
suspend fun login() {
    println("login")
}

很多人会觉得:

只要写了 suspend,这个函数就会开启协程。

实际上,完全不是。

如果你这样写:

复制代码
fun main() {
    login()
}

会直接编译报错。

为什么?

因为:

suspend 函数不能自己运行。

它必须在协程环境中调用,例如:

复制代码
launch {
    login()
}

或者:

复制代码
async {
    login()
}

或者:

复制代码
runBlocking {
    login()
}

也就是说:

launch / async / runBlocking 这些才是提供协程环境的东西。

而 suspend 本身,并不会启动任何协程。


二、如果 suspend 是启动器,会发生什么?

我们反过来想一个问题。

如果:

复制代码
suspend = 开启协程

那么下面代码:

复制代码
login()
login()
login()

是不是应该开启三个协程?

显然不是。

所以,结论很明确:

suspend 根本不是协程启动器。

真正负责启动协程的是:

复制代码
launch
async
runBlocking

而不是:

复制代码
suspend

三、那 suspend 到底是什么?

一句话:

suspend 是告诉编译器:这个函数可能会挂起。

注意,是:

复制代码
可能会挂起

不是一定挂起。

例如:

复制代码
suspend fun login() {
    println("hello")
}

这个函数虽然加了 suspend,但它实际上一点都不会挂起。

但是编译器允许它将来变成这样:

复制代码
suspend fun login() {
    delay(1000)
}

这里真正发生挂起的是:

复制代码
delay(1000)

而不是 login() 这个名字本身。

所以:

suspend 的本质不是启动协程,而是允许这个函数内部出现挂起点。


四、什么叫挂起?

我们先看 Java 里的写法:

复制代码
Thread.sleep(3000);

这是什么意思?

线程傻等 3 秒。

这 3 秒里,线程什么都干不了。

但是 Kotlin 协程里的:

复制代码
delay(3000)

不是这样。

它的特点是:

复制代码
当前协程暂停
线程释放出去
线程可以去执行别的任务
时间到了以后
协程再恢复回来

所以:

复制代码
Thread.sleep = 阻塞线程
delay = 挂起协程

这就是 suspend 最核心的含义:

暂停当前协程,以后还能恢复。


五、暂停之后,谁负责恢复?

问题来了。

例如:

复制代码
println("A")

delay(3000)

println("B")

执行过程是:

复制代码
打印 A
↓
delay 挂起
↓
3 秒后
↓
继续打印 B

那问题是:

3 秒后,协程怎么知道要从 println("B") 继续执行?

答案就是:

复制代码
Continuation

六、Continuation 到底是什么?

一句话:

Continuation 就是协程的恢复器。

它记录了协程挂起时的现场。

例如:

复制代码
println("A")

delay(3000)

println("B")

当执行到 delay(3000) 的时候,协程会暂停。

暂停时,Continuation 会记录:

复制代码
现在执行到哪里了
下一步应该执行什么
局部变量是什么
恢复后应该从哪里继续

所以,3 秒之后,协程不是重新从头执行,而是通过 Continuation 恢复到原来的位置。

也就是继续执行:

复制代码
println("B")

七、Continuation 很像游戏存档

这个机制其实很像游戏存档。

你在游戏里打 Boss。

打到一半,保存进度,然后退出游戏。

第二天再打开游戏,读取存档,继续从上次的位置打。

Continuation 也是类似的。

例如:

复制代码
println("A")

delay(1000)

println("B")

println("C")

执行到 delay 时,协程暂停。

此时保存的信息大概是:

复制代码
A 已经执行完了
delay 正在等待
B 还没执行
C 还没执行

等恢复时,不是重新执行 A,而是直接从 B 开始。

这就是:

挂起与恢复。


八、Kotlin 是怎么做到的?

答案是:

编译器状态机。

例如:

复制代码
suspend fun test() {
    println("A")
    delay(1000)
    println("B")
}

编译器会把它改写成类似下面这种结构:

复制代码
when (state) {
    0 -> {
        println("A")
        state = 1
        delay(1000)
        return
    }

    1 -> {
        println("B")
    }
}

第一次执行:

复制代码
state = 0
打印 A
执行 delay
挂起
return

恢复时:

复制代码
state = 1
直接执行 B

这就是协程挂起和恢复的底层核心:

复制代码
状态机 + Continuation

九、原来 suspend 不是线程魔法

很多人第一次理解这里时,会突然发现:

Kotlin 协程并不是什么神秘的线程魔法。

它的核心是:

复制代码
编译器把 suspend 函数改造成状态机
Continuation 保存恢复点
挂起时退出
恢复时继续执行

所以:

协程不是操作系统级别的新线程。

它更像是:

编译器帮你生成了一套可以暂停、可以恢复的代码结构。


十、为什么 delay 是 suspend?

现在再看:

复制代码
delay(1000)

它为什么是 suspend?

因为它会:

复制代码
暂停当前协程
等待时间结束
然后恢复执行

所以它必须是挂起函数。

同理:

复制代码
job.join()

为什么是 suspend?

因为它要等待另一个协程完成。

等待期间,当前协程会挂起。

复制代码
deferred.await()

为什么是 suspend?

因为它要等待结果。

等待期间,当前协程会挂起。

复制代码
flow.collect()

为什么是 suspend?

因为它要持续等待 Flow 发射数据。

等待期间,当前协程可能挂起。


十一、withContext 为什么也是 suspend?

例如:

复制代码
withContext(Dispatchers.IO) {
    // IO 操作
}

withContext 的特点是:

复制代码
切换 Dispatcher
执行代码块
等待代码块执行完成
再切回来继续执行

这个过程本质上也需要:

复制代码
暂停当前协程
切到新的调度器执行
执行完成后恢复

所以:

复制代码
withContext()

也是 suspend。


十二、launch 为什么不是 suspend?

很多人会问:

既然协程都和 suspend 有关,那为什么:

复制代码
launch {

}

不是 suspend?

原因很简单:

launch 不等待结果。

它的特点是:

复制代码
启动一个新协程
立即返回一个 Job
当前协程不需要挂起

所以它不需要是 suspend。

同理:

复制代码
async {

}

本身也不是 suspend。

因为 async 只是启动一个协程,并立即返回:

复制代码
Deferred

真正会挂起的是:

复制代码
deferred.await()

因为 await() 要等待结果。


十三、整个协程体系突然串起来了

现在回头看这些 API:

复制代码
launch
async
delay
join
await
collect
withContext

规律就非常清楚了。

复制代码
launch:启动协程,不等待结果,不挂起

async:启动协程,不等待结果,返回 Deferred

delay:等待时间,挂起当前协程

join:等待协程完成,挂起当前协程

await:等待结果,挂起当前协程

collect:等待 Flow 数据,挂起当前协程

withContext:切换上下文并等待执行完成,挂起当前协程

所以判断一个函数为什么是 suspend,核心就看一句话:

它是否可能暂停当前协程,并在未来恢复。


十四、最终理解 suspend

如果让我一句话解释 suspend,我不会说:

复制代码
suspend 是开启协程

而会说:

复制代码
suspend 告诉编译器:这个函数可能暂停当前协程,并且以后还能恢复执行。

恢复靠什么?

复制代码
Continuation

实现靠什么?

复制代码
编译器状态机

所以:

复制代码
suspend 不是线程
suspend 不是协程
suspend 不是启动器
suspend 是一种编译器机制

它解决的是:

复制代码
协程如何暂停
协程如何恢复

十五、放回整个协程设计体系里看

到这一篇,整个协程系列的脉络就更清楚了。

如果说:

复制代码
CoroutineContext:协程在哪里运行

Job:协程活多久

Dispatcher:协程由谁调度

Scope:协程属于谁

Supervisor:异常传播到哪里

那么:

复制代码
suspend:协程如何暂停,以及如何恢复

你会发现:

到第八篇,这个系列已经不是简单的 API 教程了。

它真正回答的是:

Kotlin 协程为什么要这样设计?

这也是理解协程最重要的地方。

因为协程的核心,不是线程。

而是:

复制代码
挂起
恢复
状态机
Continuation

真正理解了 suspend,你才算真正摸到了 Kotlin 协程的底层设计。


十六、最终总结

suspend 不是开启协程。

它不会创建线程。

它不会启动任务。

它只是告诉编译器:

复制代码
这个函数可能会挂起。

而挂起的本质是:

复制代码
暂停当前协程
释放线程
保存现场
未来恢复

实现机制是:

复制代码
Continuation + 编译器状态机

所以,协程真正厉害的地方,不是"多开几个线程"。

而是:

用看起来同步的代码,写出可以暂停、可以恢复、不会阻塞线程的异步逻辑。

这才是 suspend 的真正价值。


下篇预告

到这里,协程系列开始进入真正的底层了。

那么还有一个终极问题:

复制代码
Flow 为什么是冷流?

emit 到底发生了什么?

collect 为什么一定是 suspend?

flowOn 为什么能切线程?

StateFlow、SharedFlow 为什么建立在 Flow 之上?

下一篇继续:

Kotlin 协程设计思想(九):Flow 到底是什么?为什么 Google 又设计了一套数据流?

------ 从 suspend、Channel、callbackFlow 到 StateFlow、SharedFlow,彻底讲透 Kotlin Flow 的设计哲学。

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