前言

在前面2篇文章中，我们以启动协程基础API：startCoroutine{}入手，它是一个挂起函数类型的扩展函数，最终会让我们状态机Continuation对象多一个create()方法，从而创建状态机对象。

然后我们以launch{}入手，会发现其最终还是会调用createCoroutineUnintercepted来创建状态机Continuation对象，但是在这其中我们加入了很多关于协程的概念，比如Job、CoroutineScope等，这里能实现的原因非常简单，在协程构建器中，我们传入给挂起函数的Continuation对象，实现了Job等多个接口。

那本篇文章还是以launch{}入手，分析协程是如何进行线程调度的。

正文

协程中关于线程调度的类就是Dispatchers了，我们可以使用withContext(Dispatchers.IO)或者其他方法来指定协程block所执行的线程，所以我们先来看看Dispatchers相关的内容。

Dispatchers调度器相关

首先就是Dispatchers，它是一个单例类：

public actual object Dispatchers {

    public actual val Default: CoroutineDispatcher = DefaultScheduler

    public actual val Main: MainCoroutineDispatcher get() = MainDispatcherLoader.dispatcher
    
    public actual val Unconfined: CoroutineDispatcher = kotlinx.coroutines.Unconfined
    
    public val IO: CoroutineDispatcher = DefaultIoScheduler
}

这里可以发现我们平时用的几种调度器线程池：Default、Main、Unconfined和IO都是该单例的属性成员，同时他们的类型都是CoroutineDispatcher，即协程调度器。

这个协程调度器CoroutineDispatcher的继承关系如下：

public abstract class CoroutineDispatcher :
    AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor), ContinuationInterceptor {}

public interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {}

public abstract class AbstractCoroutineContextElement(public override val key: Key<*>) : Element

这里的继承关系乍一看挺复杂的，我们来一一分析：

• 首先就是协程调度器CoroutineDispatcher类，它是继承至抽象协程上下文Element类AbstractCoroutineContextElement，从命名来看，它就是Element的抽象类，提供了一些实现的公共方法。
• 其次就是它实现了ContinuationInterceptor接口，这个接口也是Element的子接口，所以在代码第一行传递给AbstractCoroutineContextElement中的Key就是ContinuationInterceptor中的Key。
• 这里我们一直无法找到Continuation合适的翻译，但是根据我们之前学习挂起函数原理的时候知道，Continuation是底层元素，在挂起函数经过CPS转换后，会得到一个状态机模型，那个模型就是Continuation子类SuspendLambda的对象。
• 所以这里的ContinuationInterceptor其实就是状态机的拦截器，我们可以对状态机对象进行拦截和处理。

简单分析了上面几种关系，所以类的继承关系如下：

这个关系图在后面分析时有很大的作用。

默认的Dispatchers.Default

我们还是以简单的代码为例，比如下面代码：

fun main(){
    testLaunch()
    Thread.sleep(10000)
}

private fun testLaunch(){
    val scope = CoroutineScope(Job())
    scope.launch {
        logX("Hello")
        delay(1000)
        logX("Kotlin")
    }
}

/**
 * 输出结果：
================================
Hello
Thread:DefaultDispatcher-worker-1 @coroutine#1
================================
================================
Kotlin
Thread:DefaultDispatcher-worker-1 @coroutine#1
================================
 * */

在这里创建了一个CoroutineScope，但是并没有指定Dispatcher，我们从日志可以发现其执行的线程池为DefaultDispatcher，并且还可以打印出协程名字:@coroutine#1，这些是哪里帮我们完成的呢？

我们来看一下launch{}的源码：

public fun CoroutineScope.launch(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job {
    //注释1，获取新的上下文
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else
        StandaloneCoroutine(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}

这里的几行代码，我们又一次来分析了，这一次我们重点关注协程上下文。

• 首先就是第一个参数的默认值是EmptyCoroutineContext，在前面介绍CoroutineContext文章我们说过，CoroutineContext我们可以当成一个Map来使用，而这里的EmptyCoroutineContext就是一个空Map，也就等于没有传递；只不过Kotlin使用这个来代替null。
• 然后就是注释1部分，这里会对传入的context进行处理，newCoroutineContext()方法源码如下：

public actual fun CoroutineScope.newCoroutineContext(context: CoroutineContext): CoroutineContext {
    //注释1 继承父协程上下文
    val combined = coroutineContext.foldCopiesForChildCoroutine() + context
    //注释2 当是调试模式时，添加日志
    val debug = if (DEBUG) combined + CoroutineId(COROUTINE_ID.incrementAndGet()) else combined
    //注释3 添加Default
    return if (combined !== Dispatchers.Default && combined[ContinuationInterceptor] == null)
        debug + Dispatchers.Default else debug
}

上面代码我们来一一分析：

• 首先是newCoroutineContext()方法是CoroutineScope的扩展函数，所以注释1的coroutineContext就是该CoroutineScope的coroutineContext成员属性对象，这个关系我们之前说过，CoroutineScope是对CoroutineContext的一层封装。
• 然后就是注释1的foldCopiesChildCoroutine()函数作用就是将CoroutineScope当中的所有上下文元素都拷贝出来，然后跟传入的context进行合并。这行代码，可以让子协程继承父协程的上下文元素。
• 注释2的作用是在调试模式下，给协程对象增加唯一的ID，比如之前的@coroutine#1信息。
• 注释3的判断条件要看清楚，当combined不等于Dispatchers.Default时，或者combined[ContinuationInterceptor]为null时，给上下文添加Deispatchers.Default。
• 这里也印证了前面的继承观点，即：协程调度器在上下文中存储的Key是ContinuationInterceptor，且默认会设置为Dispatchers.Default。

所以默认是Default线程池，因为Kotlin是支持多平台的，只有UI编程的平台比如Android才有Main主线程的概念，所以这里默认是Default一定不会错。

intercepted拦截分析

既然我们知道了在哪里设置了协程的调度器，那在哪里切换线程以及在特定线程上执行协程呢？

还是回到我们熟悉的函数：

public fun <T> (suspend () -> T).startCoroutineCancellable(completion: Continuation<T>): Unit = runSafely(completion) {
    createCoroutineUnintercepted(completion).intercepted().resumeCancellableWith(Result.success(Unit))
}

上面这个函数在之前文章已经分析很多遍了，至少我们知道createCoroutineUnintercepted(completion)就完成了协程的创建，或者说已经完成了协程Continuation状态机的创建。

那么核心的再处理就是这里的intercepted()方法了：

public actual fun <T> Continuation<T>.intercepted(): Continuation<T> =
    (this as? ContinuationImpl)?.intercepted() ?: this

对Continuation进行拦截处理，这里代码很简单，把Continuation强转为ContinuationImpl，然后调用其intercepted()方法。

根据前面文章分析，我们知道这里的真正类型是SuspendLambda，它是ContinuationImapl的子类，所以这个转换一定能成功，我们接着来看intercepted()方法：

public fun intercepted(): Continuation<Any?> =
    intercepted
        ?: (context[ContinuationInterceptor]?.interceptContinuation(this) ?: this)
            .also { intercepted = it }

• 这里首先会调用context中保存的ContinuationInterceptor，在前面分析中，我们可知这个context其实就是我们前面创建出来的协程上下文context。
• 根据前面默认值分析，这里intercepted的值就会是我们前面所赋值的Dispatchers.Default。

所以这里会调用Dispatchers.Default的interceptContinuation()方法，注意这里会将this即状态机自己传入到该函数中。

Dispatchers.Default分析

这里我们视角又绕回了Dispatchers.Default，我们通过查看可以发现interceptContinuation方法是定义在ContinuationInterceptor接口中的抽象方法，其实现地方是CoroutineDispatcher抽象类，如下：

public final override fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T> =
    DispatchedContinuation(this, continuation)

会发现这里会返回一个DispatchedContinuation实例对象，参数this就是Default，continuation就是状态机。

到这里我们为了逻辑更清晰、分层，可以把前面的startCoroutineCancellable()方法改写一下：

public fun <T> (suspend () -> T).startCoroutineCancellable(completion: Continuation<T>): Unit = runSafely(completion) {
    createCoroutineUnintercepted(completion).intercepted().resumeCancellableWith(Result.success(Unit))
}

//改写如下
public fun <T> (suspend () -> T).startCoroutineCancellable(completion: Continuation<T>): Unit = runSafely(completion) {
    // 1 创建出状态机Continuation对象
    val continuation = createCoroutineUnintercepted(completion)
    // 2 调用intercepted得到DispatchedContinuation对象
    val dispatchedContinuation = continuation.intercepted()
    // 3 进行后续处理
    dispatchedContinuation.resumeCancellableWith(Result.success(Unit))
}

所以我们分析的重点就来到了这个DispatchedContinuation类。

在分析该类之前，我们来看一下Dispatchers.Default的具体继承关系：

//类型是CoroutineDispatcher，实现是DefaultScheduler
public actual val Default: CoroutineDispatcher = DefaultScheduler

//单例，继承至SchedulerCoroutineDispatcher
internal object DefaultScheduler : SchedulerCoroutineDispatcher

//继承至ExecutorCoroutineDispatcher
internal open class SchedulerCoroutineDispatcher(
    private val corePoolSize: Int = CORE_POOL_SIZE,
    private val maxPoolSize: Int = MAX_POOL_SIZE,
    private val idleWorkerKeepAliveNs: Long = IDLE_WORKER_KEEP_ALIVE_NS,
    private val schedulerName: String = "CoroutineScheduler",
) : ExecutorCoroutineDispatcher()

//继承至CoroutineDispatcher
public abstract class ExecutorCoroutineDispatcher: CoroutineDispatcher()

可以发现最终继承至CoroutineDispatcher抽象类，关于该类的关系，在前面我们分析过了。

DispatchedContinuation类分析

先来看一下这个DispatchedContinuation类的定义：

internal class DispatchedContinuation<in T>(
    @JvmField val dispatcher: CoroutineDispatcher,
    @JvmField val continuation: Continuation<T>
) : DispatchedTask<T>(MODE_UNINITIALIZED), CoroutineStackFrame, Continuation<T> by continuation {}

会发现这个类的定义还是非常复杂的，首先它实现了Continuation接口，但是使用了类委托，把接口实现都委托给了传递进来的continuation参数。其次参数dispatcher就是前面分析的默认参数Dispatchers.Default，continuation就是block协程实现类，具体类型是SuspendLambda。

然后发现这个类还继承至DispatchedTask，我们来看一下这个类：

internal abstract class DispatchedTask<in T>(
    @JvmField public var resumeMode: Int
) : SchedulerTask() {}

internal actual typealias SchedulerTask = Task

internal abstract class Task(
    @JvmField var submissionTime: Long,
    @JvmField var taskContext: TaskContext
) : Runnable{}

这里会发现DispatchedTask继承至SchedulerTask，该类继承至Task，而Task则继承至我们非常熟悉的Runnable接口，这也就意味着它可以被分到Java的线程当中去执行了。

resumeCancellableWith()分析

既然它是Runnable，我们就来看看如何进行分配，来看看resumeCancellableWith()的代码实现：

//DispatchedContinuation类
inline fun resumeCancellableWith(
    result: Result<T>,
    noinline onCancellation: ((cause: Throwable) -> Unit)?
) {
    val state = result.toState(onCancellation)
    //注释1
    if (dispatcher.isDispatchNeeded(context)) {
        _state = state
        resumeMode = MODE_CANCELLABLE
        //注释2
        dispatcher.dispatch(context, this)
    } else {
        //注释3
        executeUnconfined(state, MODE_CANCELLABLE) {
            if (!resumeCancelled(state)) {
                resumeUndispatchedWith(result)
            }
        }
    }
}

• 这里注释1的isDispatchNeeded的意思是是否需要分发，这里只有当是Dispatchers.Unconfined时，才返回false，所以本例中代码是Dispatchers.Default，所以会进入注释2的逻辑。
• 注释2就是使用线程池来进行分发，其中把this(实现了Runnable接口)传递。
• 注释3是设置了Dispatcher.Unconfined的情况下，这里会直接在当前线程执行。

这里调用的是dispatcher.dispatch()，其实我们知道,就是Dispatchers.Default.dispatch()方法，下面是我们回到Dispatchers.Default的源码：

public actual val Default: CoroutineDispatcher = DefaultScheduler

internal object DefaultScheduler : SchedulerCoroutineDispatcher(
    CORE_POOL_SIZE, MAX_POOL_SIZE,
    IDLE_WORKER_KEEP_ALIVE_NS, DEFAULT_SCHEDULER_NAME
) {}

DefaultScheduler则是一个单例，继承至SchedulerCoroutineDispatcher，

internal open class SchedulerCoroutineDispatcher(
    private val corePoolSize: Int = CORE_POOL_SIZE,
    private val maxPoolSize: Int = MAX_POOL_SIZE,
    private val idleWorkerKeepAliveNs: Long = IDLE_WORKER_KEEP_ALIVE_NS,
    private val schedulerName: String = "CoroutineScheduler",
) : ExecutorCoroutineDispatcher() {

    private fun createScheduler() =
        CoroutineScheduler(corePoolSize, maxPoolSize, idleWorkerKeepAliveNs, schedulerName)
    
    //这就是前面调用的dispatch方法
    override fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable): Unit = coroutineScheduler.dispatch(block)
}

而这里我们发现dispatch方法中会调用CoroutineScheduler中的dispatch()方法:

internal class CoroutineScheduler(
    @JvmField val corePoolSize: Int,
    @JvmField val maxPoolSize: Int,
    @JvmField val idleWorkerKeepAliveNs: Long = IDLE_WORKER_KEEP_ALIVE_NS,
    @JvmField val schedulerName: String = DEFAULT_SCHEDULER_NAME
) : Executor, Closeable {

    override fun execute(command: Runnable) = dispatch(command)

    //核心方法
    fun dispatch(block: Runnable, taskContext: TaskContext = NonBlockingContext, tailDispatch: Boolean = false) {
        trackTask() 
        // 1
        val task = createTask(block, taskContext)
        // 2
        val currentWorker = currentWorker()
        // 3
        val notAdded = currentWorker.submitToLocalQueue(task, tailDispatch)
        if (notAdded != null) {
            if (!addToGlobalQueue(notAdded)) {

                throw RejectedExecutionException("$schedulerName was terminated")
            }
        }
        val skipUnpark = tailDispatch && currentWorker != null

        if (task.mode == TASK_NON_BLOCKING) {
            if (skipUnpark) return
            signalCpuWork()
        } else {

            signalBlockingWork(skipUnpark = skipUnpark)
        }
    }

    private fun currentWorker(): Worker? = (Thread.currentThread() as? Worker)?.takeIf { it.scheduler == this }

    // 内部类 Worker
    internal inner class Worker private constructor() : Thread() {
    }
}

这里我们发现CoroutineScheduler其实就是Java并发包Executor的子类，它的execute方法也被转到了dispatch方法，所以终于到了Java线程处理部分了，上面代码有3个注释：

• 注释1，将传入的Runnable类型的block，其实也就是DispatchedContinuation，包装成Task。
• 注释2，currentWorker()就是拿到当前执行的线程，这里的Worker是一个内部类，它的本质是Java的Thread。
• 注释3，currentWorker.submitToLocalQueue()，将当前的Task添加到Worker线程的本地队列中，等待执行。

这里我们来分析一下Worker是如何执行Task的。下面是Worker代码，代码较多，只列出有用信息：

internal inner class Worker private constructor() : Thread() {

    //重写了Thread的run方法
    override fun run() = runWorker()

    @JvmField
    var mayHaveLocalTasks = false

    private fun runWorker() {
        var rescanned = false
        while (!isTerminated && state != WorkerState.TERMINATED) {
            // 1 找到task
            val task = findTask(mayHaveLocalTasks)

            if (task != null) {
                rescanned = false
                minDelayUntilStealableTaskNs = 0L
                // 2 执行task
                executeTask(task)
                continue
            } else {
                mayHaveLocalTasks = false
            }

            if (minDelayUntilStealableTaskNs != 0L) {
                if (!rescanned) {
                    rescanned = true
                } else {
                    rescanned = false
                    tryReleaseCpu(WorkerState.PARKING)
                    interrupted()
                    LockSupport.parkNanos(minDelayUntilStealableTaskNs)
                    minDelayUntilStealableTaskNs = 0L
                }
                continue
            }

            tryPark()
        }
        tryReleaseCpu(WorkerState.TERMINATED)
    }
}

这里Worker会重写Thread的run()方法，然后把执行流程交由给runWorkder()，这里代码注意2点：

• 注释1，会在while循环中，一直尝试从Worker的本地队列中取出Task。
• 注释2，executeTask方法，来执行其对应的Task。

接下来就是关键的执行Task代码：

internal inner class Worker private constructor() : Thread() {
    private fun executeTask(task: Task) {
        val taskMode = task.mode
        idleReset(taskMode)
        beforeTask(taskMode)
        // 1 执行task
        runSafely(task)
        afterTask(taskMode)
    }
}

fun runSafely(task: Task) {
    try {
        // 2 调用run方法
        task.run()
    } catch (e: Throwable) {
        val thread = Thread.currentThread()
        thread.uncaughtExceptionHandler.uncaughtException(thread, e)
    } finally {
        unTrackTask()
    }
}

internal abstract class Task(
    @JvmField var submissionTime: Long,
    @JvmField var taskContext: TaskContext
) : Runnable {
    constructor() : this(0, NonBlockingContext)
    inline val mode: Int get() = taskContext.taskMode // TASK_XXX
}

这里我们调用runSafely方法，然后在这个方法中我们执行了task.run()，而Task的本质是Runnable，到目前就代表了我们的协程任务真正执行了。

注意又回到前面了，这里的run执行的具体逻辑是啥，从前面类的继承关系来看，这里执行的是DispatchedTask.run()方法，而这个类实际上是DispatchedContinuation的子类，所以会调用下面代码：

internal class DispatchedContinuation<in T>(
    @JvmField val dispatcher: CoroutineDispatcher,
    @JvmField val continuation: Continuation<T>
) : DispatchedTask<T>(MODE_UNINITIALIZED), CoroutineStackFrame, Continuation<T> by continuation {

    //会回调该方法
    public final override fun run() {

        val taskContext = this.taskContext
        var fatalException: Throwable? = null
        try {
            val delegate = delegate as DispatchedContinuation<T>
            val continuation = delegate.continuation
            withContinuationContext(continuation, delegate.countOrElement) {
                val context = continuation.context
                val state = takeState() 
                val exception = getExceptionalResult(state)

                val job = if (exception == null && resumeMode.isCancellableMode) context[Job] else null
                if (job != null && !job.isActive) {
                    // 1
                    val cause = job.getCancellationException()
                    cancelCompletedResult(state, cause)
                    continuation.resumeWithStackTrace(cause)
                } else {
                    if (exception != null) {
                        // 2
                        continuation.resumeWithException(exception)
                    } else {
                        // 3
                        continuation.resume(getSuccessfulResult(state))
                    }
                }
            }
        } catch (e: Throwable) {

            fatalException = e
        } finally {
            val result = runCatching { taskContext.afterTask() }
            handleFatalException(fatalException, result.exceptionOrNull())
        }
    }
}

上面代码主要就看3个注释点：

• 注释1，在协程代码执行之前，首先判断协程是否已经被取消，如果已经取消，则通过resumeWithStackTrace把具体原因传出去。
• 注释2，判断协程是否发生了异常，如果发生了异常，则通过resumeWithException将异常传递出去。
• 注释3，如果一切正常，则调用resume启动协程，并且执行launch中传入的lambda表达式。

到这里，我们就完全分析完了整个流程。

总结

本篇文章分析了launch的流程，而其中与线程交互重点就是Dispatchers，主要有下面几个步骤：

• 第一步，createCoroutineUnintercepted(completion)创建了协程的Continuation实例，接着调用intercepted()方法，将其封装为DispatchedContinuation对象。
• 第二步，DispatchedContinuation会持有CoroutineDispatcher、以及前面创建的Continuation对象，比如文中的CoroutineDispatcher就是Default线程池。
• 第三步，执行DispatchedContinuation的resumeCancellableWith()方法，会执行dispatcher.dispatch()方法，这个会将Continuation封装为Task，添加到线程中去执行。在这一步，协程就已经完成了线程切换。
• 第四步，线程run方法会调用DispatchedContinuation的run方法，会调用continuation.resume方法，它将执行原本launch当中生成的SuspendLambda子类，这时候协程的代码就在线程上执行了。

分析完会发现，协程框架设计是非常巧妙的，将线程池信息保存在协程上下文中，把创建完的协程SuspendLambda实例实现Runnable接口，然后封装为Task，在指定线程池中运行，从而完成线程切换。