Android面试题之Kotlin 协程的挂起、执行和恢复过程

AntDream

发布于 2024-06-13 21:04:48

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发布于 2024-06-13 21:04:48

文章被收录于专栏：程序员修炼之路程序员修炼之路

协程的挂起、执行和恢复过程到底是怎么样的？

协程（Coroutine）的挂起和恢复机制是其高效管理并发性的核心。这些过程涉及多个关键步骤，包括状态和上下文的保存、释放线程控制权、以及恢复时的通知等。

我们来详细了解一下这些机制。

1. 协程挂起和恢复时保存的状态和上下文

1.1 状态信息

协程的状态信息主要包括：

局部变量：函数当前执行到的位置以及所有局部变量的值。
挂起点：协程挂起的位置，这个位置通常是代码中的一个挂起点（suspend函数）。
调用栈：它对应当前执行的协程堆栈帧，可以看作是对函数调用链的保存。

1.2 上下文信息

协程的上下文信息通常包括：

调度器：即协程运行的调度器（例如 Dispatchers.IO, Dispatchers.Main，Dispatchers.Default）。
异步工作器：包含了协程的执行环境和工作状态。
取消状态：协程是否被取消或处于取消状态。

2. 状态与上下文的保存形式

2.1 协程堆栈帧

协程在挂起时，会将当前的堆栈帧转换为对象并存储在堆中。这个对象包含了所有当前帧的局部变量、挂起点以及其他必要信息。恢复时，这个对象重新转换为堆栈帧并继续执行。

2.2 Continuation

Kotlin中的挂起函数实质上会被编译器转换成带有回调的 Continuation 对象。该对象包含两个主要部分：

上下文（Continuation Context）：绑定的执行环境。
恢复逻辑（Resume Logic）：保存和处理挂起点的逻辑。

interface Continuation<in T> {
    val context: CoroutineContext
    fun resumeWith(result: Result<T>)
}

3. 协程挂起后切换到其他线程执行

当协程遇到挂起点（如 delay, await 等 suspend 函数）时，它会触发挂起机制，具体步骤如下：

3.1 挂起点的处理

当协程在挂起点被挂起时，当前函数状态和局部变量会被保存到 Continuation 对象中。挂起函数会将 Continuation 对象传递给协程的调度器。

3.2 挂起协程和释放线程

调度器会暂停当前协程的执行，把线程控制权交给调度器管理的线程池或其他任务，从而释放当前线程。

4. 切换到其他线程执行

4.1 恢复协程条件满足

当挂起的条件满足（例如 delay 到期，或者异步任务完成），调度器会收到执行恢复逻辑的通知。

4.2 调度器分配新的线程运行

调度器会将保存的 Continuation 对象重新分配给线程池中的某个线程，调用 resumeWith 方法恢复协程：

continuation.resumeWith(Result.success(result))

这时，协程会恢复到挂起点之后的代码继续正常执行。

5. 协程在其他线程执行完后的通知机制

5.1 异步任务完成通知

当协程在新的线程中执行完任务（比如完成网络请求等异步任务）时，执行环境会调用 Continuation 的 resumeWith 方法：

continuation.resumeWith(Result.success(result))

5.2 通知调度器

resumeWith 方法会触发协程恢复处理，同时通知调度器该协程已准备好继续执行。

6. 调度器恢复协程到原线程

6.1 检查恢复环境

调度器检查协程需要恢复的环境，特别是上下文中的线程调度信息。如果协程需要恢复到特定线程（例如主线程），调度器会安排该任务。

6.2 分配线程

调度器找到或分配合适的线程，根据协程上下文完成恢复调度。典型的调度器如 Dispatchers.Main 或自定义调度器负责将任务放回特定线程运行。

6.3 恢复执行

调度器调用 Continuation 的 resume 方法，将保存的上下文和状态恢复到协程堆栈：

continuation.resume(result)

然后，协程在新的或原来的线程上恢复执行挂起点之后的代码。

以下是一个简单的示例，展示了协程如何在挂起后切换到不同线程并恢复到主线程：

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    withContext(Dispatchers.Main) {
        println("Running on main thread: ${Thread.currentThread().name}")
        
        withContext(Dispatchers.IO) {
            println("Switching to IO thread: ${Thread.currentThread().name}")
            delay(1000) // 挂起点
            println("Resuming on IO thread: ${Thread.currentThread().name}")
        }

        println("Back to main thread: ${Thread.currentThread().name}")
    }
}

在这个例子中：