『彻底弄懂kotlin协程系列』–什么是kotlin协程？

前言

kotlin是一门比较新的语言了，自动被谷歌设为android开发的官方语言后，他的趋势大好，使用的人也越来越多。在kotlin中，有很多新的特性，有好用的，也有不太习惯的，但，协程绝对是让我们又爱又恨的。会用的程序员说他很好用，但是入门的学习门槛又好像挺高的，一不小心还绊倒了。

我使用了kotlin一阵子之后，对协程也有了一定的了解，写下这一系列的文章来介绍一下协程，当是分享也是给我自己加深印象。我不是业界仅仅只是一个爱编程的程序猿，有不同的见解，还请评论区一起交流或者私信。

因为kotlin我目前是应用在android开发，所以这一系列的文章也是以android开发为主。。那话不多说，直接开始把

协程是什么？

要了解kotlin的协程，可以先来看一下广义中协程的特点是怎么样的。线程和进程我们都很清楚是什么，协程在网上的很多资料也讲了很多。用户态、非阻塞、高性能等等。但是，协程到底是什么？协程是一种对于并发的处理方案。这里要区分一下并行和并发。

并行：两个任务同时执行，多线程就是这个道理。
并发：多端同时请求同个对象。例如消费者和生产者模型，同时都要拿到那个容器来进行操作

生产者消费者模型：这个模型是非常经典的。简单点来说就是：现在有一个篮子，A往里面放苹果，B从篮子里取苹果吃，当篮子满了，A会等着，篮子空了，B会等着。这样就是这个模型的大致。但是有几个问题

如果A和B同时对篮子进行操作，那么篮子里面的苹果会处于不正常的状态。例如当B拿到篮子的副本取出一个苹果，同时A也拿到篮子，存了一个进去，B吃完更新了篮子的状态，然后A再更新状态回去，这个时候篮子中被B 吃掉的苹果就会回来了。出现了错误。

如果对篮子进行加锁，那么假如篮子是空的，B拿到篮子后，就会等着，而A因为拿不到锁，就会一直等着锁，造成了死锁问题

所以从上面的例子可以看到并发产生的问题，是非常多的，上面只是冰山一角。那协程如何处理这个问题呢？

协程，顾明思义，协作线程，协程是在线程下粒度更小的程序。他可以在程序运行到某个时刻，先挂起，执行别的程序，然后等到合适的情况再回来继续执行。例如上面的生产者消费者，因为生产和消费处于不同的线程，所以，会导致并发问题。而协程处于单线程，所以没有了并发，那单线程如何并行执行任务呢？

我们可以先运行B ，去拿到篮子进行取苹果，然后取一半停下来，先去A 那里生产苹果，A生产了，再回来继续执行B的取苹果，吃完苹果取下一个的时候停下来，再重复同样的操作，通过不断地跳跃代码执行的顺序，实现了代码的“并行”，但不是真正的并行，因为是单线程的，所以不存在并行，只是看起来是“并行的”。

举个栗子，下面是伪代码：

coroutine1：
while(true){
apple = yield //1
eat(apple)
}

coroutine2：
while(true){
apple.send(new apple) //2
product
}

上面的代码是运行在同个线程的，同运行到1的时候，这个代码所在的协程被挂起，然后执行下面的协程，然后到了2的时候，就返回到协程1，吃完苹果循环又回到了协程2继续执行代码，就这样不断在两个协程之间切换代码执行顺序。实现了看似并并的情况。

所以我们可以看到协程他是：

单线程的
通过控制代码的执行顺序实现“并行”但不是真正的并行
解决了并发问题，因为单线程不会出现并发
比线程性能更高，因为他只是通过程序控制了代码的执行顺序，并没有通过操作系统去切换线程，也就是他是“用户态”的

但是：

当协程被阻塞的时候，整个线程都会被阻塞
协程不能处理耗时任务，不然会阻塞线程

到此我们对协程是什么已经有了一个大概的认识。笔者对于协程的认识只是冰山一角，上述解释有误，还请指出。

那kotlin中的协程又是什么？

我们前面讲过，kotlin是基于jvm’的语言，但jvm我们知道，java是不支持协程的啊，也就是.class文件是没有协程的支持的，而kotlin最终是要编译成.class，那kotlin自然是不支持协程，可是kotlin协程，为什么还存在呢？他到底是什么？

对，kotlin是不支持我上面讲的广义中的协程的本质的，因为jvm是不支持的。但是kotlin的协程，本质上是一种线程框架。kotlin通过自动切换线程，来实现协程的优良特性。

举个栗子，（kotlin代码，不要纠结具体语法细节）

//这是一个线程，执行两个方法
GlobalScope.launch{
    while(true){
        getApples() 
        eatApples()
    }
}

//获取苹果的方法
suspend fun getApples(){
    //切换到IO线程
    withContext(IO线程){
        Thread.sleep(3000)
    }    
}
//吃苹果的方法
fun eatApples(){
}

上面我在kotlin的一个协程内实现了一个循环：先取苹果，再吃苹果。

我们会发现我们是直接线性写下来的，按照我们的常规思路，这两个方法都不能是耗时的，如果是耗时的那么需要进行别的线程运行逻辑然后回调对吧，但是我们发现，获取苹果的方法是耗时（Thread.sleep(3000)）的，那这样写不就会阻塞线程吗？这才是kotlin协程的巧妙之处。

前面我讲过了，kotlin协程是一个线程框架，他会自动切换线程。我们看到获取苹果的方法里面，我们手动切换到了IO线程执行耗时逻辑，但是居然不用回调吃苹果的方法，这样不就会让吃苹果的方法先执行了吗？不会的，kotlin协程，会在获取苹果的那个地方先挂起，然后等到获取完苹果，再回到协程所在的线程，注意这里吃苹果方法的线程是切回来了，继续执行吃苹果方法，而且不会阻塞线程，因为是在别的线程执行耗时逻辑。

通过上面的一个例子，我们应该可以大概理解了，原来kotlin的协程就是，会自动跳转线程，然后完事还会回到现在的线程，消灭了回调，我们可以用非阻塞的写法来实现阻塞逻辑。是的，如果能了解到这个点，那么我的文章也是有所作用了。

再了解kotlin协程

我们可以发现kotlin的协程和广义的协程在使用上是很像的，都是实现了代码的挂起和恢复。只是他们的本质是不同的。kotin的协程把代码挂起不阻塞线程，然后跑去别的线程执行逻辑，然后搞定了再回来继续执行剩下的逻辑，当然，剩下的逻辑也可以进行挂起。而广义的协程是在单线程内进行代码挂起，可以随意调整代码的执行顺序，而kotlin协程，是没有办法做到这一点的，在jvm上无法随意调整代码的执行顺序。

我们可能有疑问：这样切换线程，是不是开销很大？答案是肯定的，但也不是非常大。这里涉及到源码设计问题，我也不是很理解我就简单说一下我所认识的内容。kotlin内部是维护一个线程池来实现线程切换的，所以他的成本会低了很多。而在线程切换上，底层还是使用Handle来进行切换线程。我前面讲到，kotlin协程他是线程框架，所以他也只是把线程池和handle封装了起来。

那是不是协程就没啥卵用了？不不不，一个框架最重要的是什么？方便！kotlin协程的方便，超乎你想像。这一个文章就不介绍太多已经两千多字了。