Kotlin协程操作之创建启动挂起恢复详解
一.协程的创建
1.start方法
2.CoroutineStart类
3.startCoroutineCancellable方法
4.createCoroutineUnintercepted方法
5.createCoroutineFromSuspendFunction方法
二.协程的启动
1.ContinuationImpl类
2.resumeCancellableWith方法
3.BaseContinuationImpl类
4.invokeSuspend方法
三.协程的挂起与恢复
下面以launch方法为例进行分析。
一.协程的创建launch方法的代码如下：
// CoroutineScope的扩展方法
public fun CoroutineScope.launch(
context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job {
// 根据当前上下文，计算得到新的上下文
val newContext = newCoroutineContext(context)
// 根据启动模式，创建不同的续体
val coroutine = if (start.isLazy)
LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else
StandaloneCoroutine(newContext, active = true)
// 启动协程
coroutine.start(start, coroutine, block)
return coroutine
}
newCoroutineContext用于计算新的上下文，代码如下：
public actual fun CoroutineScope.newCoroutineContext(context: CoroutineContext): CoroutineContext {
// coroutineContext为CoroutineScope中保存的全局变量
// 对上下文进行相加
val combined = coroutineContext + context
// 用于debug
val debug = if (DEBUG) combined + CoroutineId(COROUTINE_ID.incrementAndGet()) else combined
// 如果上下文中没有调度器,则添加一个默认的调度器
return if (combined !== Dispatchers.Default && combined[ContinuationInterceptor] == null)
debug + Dispatchers.Default else debug
}
1.start方法
在不指定协程启动模式的情况下，协程将按照DEFAULT模式启动，在上述代码中，会调用StandaloneCoroutine对象的start方法。StandaloneCoroutine的代码如下：
private open class StandaloneCoroutine(
parentContext: CoroutineContext,
active: Boolean
) : AbstractCoroutine<Unit>(parentContext, active) {
override fun handleJobException(exception: Throwable): Boolean {
handleCoroutineException(context, exception)
return true
}
}
StandaloneCoroutine类中仅重写了handleJobException方法，用于处理父协程不处理的异常。因此这里调用的start方法实际是父类AbstractCoroutine的方法，AbstractCoroutine类的start方法代码如下：
public fun <R> start(start: CoroutineStart, receiver: R, block: suspend R.() -> T) {
// 该方法用于完成父协程与子协程的绑定关联，同时确保父协程启动
initParentJob()
// 该方法的写法等同于start.invoke(block, receiver, this)
// 因此调用的CoroutineStart类的方法
start(block, receiver, this)
}
AbstractCoroutine类的start方法内，调用了CoroutineStart类的invoke方法。
2.CoroutineStart类CoroutineStart是一个枚举类，用于根据不同的启动模式去启动协程，代码如下：
public enum class CoroutineStart {
// 四种启动模式
DEFAULT,
LAZY,
// 具有实验性，慎用
@ExperimentalCoroutinesApi
ATOMIC,
// 具有实验性，慎用
@ExperimentalCoroutinesApi
UNDISPATCHED;
// 根据不同的启动策略，启动协程，执行block
@InternalCoroutinesApi
public operator fun <T> invoke(block: suspend () -> T, completion: Continuation<T>): Unit =
when (this) {
DEFAULT -> block.startCoroutineCancellable(completion)
ATOMIC -> block.startCoroutine(completion)
UNDISPATCHED -> block.startCoroutineUndispatched(completion)
LAZY -> Unit // 该模式不主动启动，等待用户调用start方法
}
// 根据不同的启动策略，启动协程，执行block
@InternalCoroutinesApi
public operator fun <R, T> invoke(block: suspend R.() -> T, receiver: R, completion: Continuation<T>): Unit =
when (this) {
DEFAULT -> block.startCoroutineCancellable(receiver, completion)
ATOMIC -> block.startCoroutine(receiver, completion)
UNDISPATCHED -> block.startCoroutineUndispatched(receiver, completion)
LAZY -> Unit
}
// 当前的启动模式是否为懒启动
@InternalCoroutinesApi
public val isLazy: Boolean get() = this === LAZY
}
CoroutineStart类中有两个invoke方法，其中一个参数中有receiver，另一个没有receiver。在Kotlin协程中，很多方法都重载了带有receiver的方法和不带有receiver的方法。
receiver用于为block执行提供一个环境。Kotlin中提供的启动协程的方法都是通过带receiver参数的start方法实现。通过receiver环境，可以更方便的实现一些操作，比如在launch启动的协程中再次调用launch启动新的协程。在没有receiver的环境下执行block，则更像是在suspend方法中执行，如果需要启动其他的协程，需要自己提供环境。
3.startCoroutineCancellable方法startCoroutineCancellable是一个扩展方法，用来创建一个可以取消的协程，代码如下：
internal fun <R, T> (suspend (R) -> T).startCoroutineCancellable(receiver: R, completion: Continuation<T>) =
runSafely(completion) {
// createCoroutineUnintercepted：创建协程
// intercepted：拦截调度
// resumeCancellableWith：恢复执行
createCoroutineUnintercepted(receiver, completion).intercepted().resumeCancellableWith(Result.success(Unit))
}
// 如果创建的过程发生异常，则通知续体恢复后续代码的执行
private inline fun runSafely(completion: Continuation<*>, block: () -> Unit) {
try {
block()
} catch (e: Throwable) {
completion.resumeWith(Result.failure(e))
}
}
4.createCoroutineUnintercepted方法
createCoroutineUnintercepted方法用于创建一个新的、可挂起的、不受干扰的协程。
public expect fun <R, T> (suspend R.() -> T).createCoroutineUnintercepted(
receiver: R,
completion: Continuation<T>
): Continuation<Unit>
在Kotlin中有很多被expect关键字标记的接口方法，需要找到对应平台下被actual标记的实现方法。
public actual fun <R, T> (suspend R.() -> T).createCoroutineUnintercepted(
receiver: R,
completion: Continuation<T>
): Continuation<Unit> {
// 用于debug
val probeCompletion = probeCoroutineCreated(completion)
return if (this is BaseContinuationImpl)
create(receiver, probeCompletion)
else {
createCoroutineFromSuspendFunction(probeCompletion) {
(this as Function2<R, Continuation<T>, Any?>).invoke(receiver, it)
}
}
}
createCoroutineUnintercepted方法创建的协程需要手动调用resumeWith方法才可以启动，但重复的调用resumeWith方法可能会导致状态机发生异常。同时，参数中传入的completion可能会在任意的上下文中被调用。
正常情况下，我们编写的lambda表达式——block，在编译器编译时，会自动生成一个类，并继承SuspendLambda类，实现Continuation等接口。因为SuspendLambda继承自ContinuationImpl，ContinuationImpl继承自BaseContinuationImpl，所以才有了上述代码中的判断逻辑。
如果当前的block对象的类型为BaseContinuationImpl，则调用create方法，这里的create方法是编译器生成的类里的重写方法，它的内部就是通过我们传入的参数，创建并返回根据blcok生成的类的一个实例对象。
如果当前的block对象的类型不为BaseContinuationImpl，则需要通过createCoroutineFromSuspendFunction方法创建协程。这里假设lambda表达式的类型不是BaseContinuationImpl。
5.createCoroutineFromSuspendFunction方法该方法用于在createCoroutineUnintercepted方法中使用，当一个被suspend修饰的lambda表达式没有继承BaseContinuationImpl类时，则通过此方法创建协程。
有两种情况会调用该方法创建协程：第一种情况是lambda表达式中调用了其他的挂起方法；第二种情况是挂起方法是通过Java实现的。
createCoroutineFromSuspendFunction方法的代码如下：
private inline fun <T> createCoroutineFromSuspendFunction(
completion: Continuation<T>,
crossinline block: (Continuation<T>) -> Any?
): Continuation<Unit> {
val context = completion.context
// 如果上下文为空
return if (context === EmptyCoroutineContext)
// 创建一个受限协程
object : RestrictedContinuationImpl(completion as Continuation<Any?>) {
private var label = 0
override fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any? =
when (label) {
0 -> {
label = 1
result.getOrThrow()
block(this)
}
1 -> {
label = 2
result.getOrThrow()
}
else -> error("This coroutine had already completed")
}
}
else // 不为空，则创建一个正常的协程
object : ContinuationImpl(completion as Continuation<Any?>, context) {
private var label = 0
override fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any? =
when (label) {
0 -> {
label = 1
result.getOrThrow()
block(this)
}
1 -> {
label = 2
result.getOrThrow()
}
else -> error("This coroutine had already completed")
}
}
}
受限协程是指协程在运行过程中的，只能调用协程作用域中提供的挂起方法发生挂起，其他挂起方法不能调用，因为在挂起方法会对续体进行拦截，可能导致后续代码的执行变得无法预测。
典型的例子就是sequence方法，它创建的协程就是受限协程，只能通过调用yield方法或者yieldAll方法才能发生挂起。由于受限协程中不能进行协程调度，因此其上下文是空的。
这里launch方法的上下文有一个默认调度器，因此会创建一个ContinuationImpl对象。
到这里，协程完成了创建。
二.协程的启动再次回到startCoroutineCancellable方法，当调用createCoroutineUnintercepted创建好协程后，会调用intercepted方法，代码如下：
public actual fun <T> Continuation<T>.intercepted(): Continuation<T> =
(this as? ContinuationImpl)?.intercepted() ?: this
intercepted方法是Continuation接口的扩展方法，内部调用了ContinuationImpl类的intercepted方法。
1.ContinuationImpl类internal abstract class ContinuationImpl(
completion: Continuation<Any?>?,
private val _context: CoroutineContext?
) : BaseContinuationImpl(completion) {
constructor(completion: Continuation<Any?>?) : this(completion, completion?.context)
public override val context: CoroutineContext
get() = _context!!
@Transient
private var intercepted: Continuation<Any?>? = null
// 如果没有缓存，则从上下文中获取拦截器，调用interceptContinuation进行拦截，
// 将拦截的续体保存到全局变量
public fun intercepted(): Continuation<Any?> =
intercepted
?: (context[ContinuationInterceptor]?.interceptContinuation(this) ?: this)
.also { intercepted = it }
protected override fun releaseIntercepted() {
val intercepted = intercepted
if (intercepted != null && intercepted !== this) {
context[ContinuationInterceptor]!!.releaseInterceptedContinuation(intercepted)
}
this.intercepted = CompletedContinuation // just in case
}
}
这里的ContinuationInterceptor指的就是在newCoroutineContext方法中传入的Dispatchers.Default调度器。CoroutineDispatcher类的interceptContinuation方法的代码如下：
public abstract class CoroutineDispatcher :
AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor), ContinuationInterceptor {
...
// 将续体包裹成DispatchedContinuation，并传入当前调度器
public final override fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T> =
DispatchedContinuation(this, continuation)
...
}
2.resumeCancellableWith方法
再次回到startCoroutineCancellable方法，当调用intercepted方法进行拦截后，会调用resumeCancellableWith方法，代码如下：
public fun <T> Continuation<T>.resumeCancellableWith(result: Result<T>): Unit = when (this) {
is DispatchedContinuation -> resumeCancellableWith(result)
else -> resumeWith(result)
}
由于当前的Continuation对象的类型为DispatchedContinuation，因此调用DispatchedContinuation类的resumeCancellableWith方法，代码如下：
internal class DispatchedContinuation<in T>(
@JvmField val dispatcher: CoroutineDispatcher,
@JvmField val continuation: Continuation<T>
) : DispatchedTask<T>(MODE_ATOMIC_DEFAULT), CoroutineStackFrame, Continuation<T> by continuation {
...
@Suppress("NOTHING_TO_INLINE")
inline fun resumeCancellableWith(result: Result<T>) {
val state = result.toState()
// 是否进行调度
if (dispatcher.isDispatchNeeded(context)) {
_state = state
resumeMode = MODE_CANCELLABLE
// 进行调度
dispatcher.dispatch(context, this)
} else {// Dispatcher.Unconfined调度器会走这里
executeUnconfined(state, MODE_CANCELLABLE) {
// 协程未被取消
if (!resumeCancelled()) {
// 恢复执行
resumeUndispatchedWith(result)
}
}
}
}
// 恢复执行前判断协程是否已经取消执行
@Suppress("NOTHING_TO_INLINE")
inline fun resumeCancelled(): Boolean {
// 获取当前的协程任务
val job = context[Job]
// 如果不为空且不活跃
if (job != null && !job.isActive) {
// 抛出异常
resumeWithException(job.getCancellationException())
return true
}
return false
}
@Suppress("NOTHING_TO_INLINE")
inline fun resumeUndispatchedWith(result: Result<T>) {
// 该方法在指定的上下文中执行，在执行后同步协程上下文变化
withCoroutineContext(context, countOrElement) {
// 调用续体的resumeWith方法
continuation.resumeWith(result)
}
}
...
}
// Dispatchers.Unconfined模式下的调度
private inline fun DispatchedContinuation<*>.executeUnconfined(
contState: Any?, mode: Int, doYield: Boolean = false,
block: () -> Unit
): Boolean {
// 从ThreadLocal中获取EventLoop
val eventLoop = ThreadLocalEventLoop.eventLoop
// doYield表示是否正在让出执行
// 如果正在让出执行，并且执行队列还是空的，说明不需要执行，返回false
if (doYield && eventLoop.isUnconfinedQueueEmpty) return false
// 如果EventLoop当前还在被Unconfined调度器使用
return if (eventLoop.isUnconfinedLoopActive) {
_state = contState
resumeMode = mode
// 向队列中添加当前的任务
eventLoop.dispatchUnconfined(this)
// 返回 true
true
} else {
// 重新运行EventLoop
runUnconfinedEventLoop(eventLoop, block = block)
// 返回false
false
}
}
runUnconfinedEventLoop方法是一个扩展方法，用于启动EventLoop，代码如下：
internal inline fun DispatchedTask<*>.runUnconfinedEventLoop(
eventLoop: EventLoop,
block: () -> Unit
) {
// 引用计数+1
eventLoop.incrementUseCount(unconfined = true)
try {
// 先执行当前的任务
block()
// 循环分发任务
while (true) {
// 全部执行完毕，则退出分发
if (!eventLoop.processUnconfinedEvent()) break
}
} catch (e: Throwable) {
handleFatalException(e, null)
} finally {
// 引用计数+1
eventLoop.decrementUseCount(unconfined = true)
}
}
Dispatchers.Default调度器与Dispatchers.Unconfined调度器的调度逻辑基本都相同，最终都是调用Contination对象的resumeWith方法，同时传入Result对象作为参数。
这里的Contination是createCoroutineUnintercepted方法创建的继承ContinuationImpl的匿名内部类对象。Result是resumeCancellableWith方法传入的Result.success(Unit)对象，因为首次启动，所以传入类型为Unit。
调用匿名内部类的resumeWith方法，实际调用的是父类BaseContinuationImpl的resumeWith方法。
3.BaseContinuationImpl类BaseContinuationImpl类的resumeWith方法的代码如下：
internal abstract class BaseContinuationImpl(
public val completion: Continuation<Any?>?
) : Continuation<Any?>, CoroutineStackFrame, Serializable {
public final override fun resumeWith(result: Result<Any?>) {
var current = this
var param = result
// 循环
while (true) {
// 用于debug
probeCoroutineResumed(current)
// current环境下
with(current) {
// completion用于续体执行完的回调，为空，则抛出异常
// 这里的completion就是一开始创建的StandaloneCoroutine对象
val completion = completion!!
// 获取执行后的结果
val outcome: Result<Any?> =
try {
// 核心执行
val outcome = invokeSuspend(param)
// 如果返回值为COROUTINE_SUSPENDED，说明协程挂起，退出循环
if (outcome === COROUTINE_SUSPENDED) return
// 返回结果成功
Result.success(outcome)
} catch (exception: Throwable) {
// 返回结果失败
Result.failure(exception)
}
// 释放拦截的续体，状态机终止
releaseIntercepted()
// 这里没有直接调用resume，而是通过循环代替递归
// 这也是resumeWith方法声明为final的原因
if (completion is BaseContinuationImpl) {
// 这种情况一般为多个suspend方法按顺序执行
// 等待下一次循环
current = completion
param = outcome
} else {
// 返回结果
completion.resumeWith(outcome)
return
}
}
}
}
protected abstract fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any?
protected open fun releaseIntercepted() {
// does nothing here, overridden in ContinuationImpl
}
public open fun create(completion: Continuation<*>): Continuation<Unit> {
throw UnsupportedOperationException("create(Continuation) has not been overridden")
}
public open fun create(value: Any?, completion: Continuation<*>): Continuation<Unit> {
throw UnsupportedOperationException("create(Any?;Continuation) has not been overridden")
}
...
}
4.invokeSuspend方法
在上述代码中，resumeWith方法内部调用了invokeSuspend方法，这里的invokeSuspend方法实际就是createCoroutineFromSuspendFunction方法中创建的匿名内部类的invokeSuspend方法。匿名内部类的代码如下：
object : ContinuationImpl(completion as Continuation<Any?>, context) {
// 初始状态
private var label = 0
override fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any? =
when (label) {
0 -> {
label = 1
// 先去获取一次结果，如果有异常，则直接抛出，避免执行
// 比如在调度器中，如果发现协程已经取消，
// 则调用resumeWithException方法，在这里直接被抛出
result.getOrThrow()
// 把当前续体传入，执行协程
// 可能发生挂起
block(this)
}
1 -> {
// 如果协程发生了挂起，那么恢复挂起后会走到这里
label = 2
// 获取最终的执行结果
result.getOrThrow()
}
else -> error("This coroutine had already completed")
}
}
三.协程的挂起与恢复
通过上述代码的分析，协程的挂起实际就是在协程返回结果时返回一个COROUTINE_SUSPENDED对象，在收到COROUTINE_SUSPENDED结果后直接返回，等待被再次调用resumeWith恢复。
COROUTINE_SUSPENDED对象定义在枚举类CoroutineSingletons中，代码如下：
internal enum class CoroutineSingletons { COROUTINE_SUSPENDED, UNDECIDED, RESUMED }
该枚举类代表了协程的三个状态，协程在创建后状态为UNDECIDED，如果执行过程中发生挂起，则状态变为COROUTINE_SUSPENDED，最后挂起恢复后状态变为RESUMED。
而协程的恢复实际就是在挂起方法执行完成后，通过调用协程执行时传入的续体的resumeWith方法，恢复后续代码的执行。
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