android Kotlin协程系列一

一 协程基础认知 1.1 Kotlin协程是什么？它和Java中的线程有啥本质区别？

Kotlin协程是一种运行在用户态的轻量级"任务执行单元"，本质是由Kotlin编译器和Kotlin runtime（而非操作系统内核）管理的"协作式"任务调度机制，它允许在单线程内通过"暂停-恢复"机制实现多任务切换，从而达到并发效果。

与Java线程的核心区别：

管理层面：Java线程是"内核态线程"，由操作系统内核调度(创建，切换，销毁均需内核参与)，协程是"用户态任务"，由Kotlin runtime（如kotlin-coroutines库）调度，不依赖内核。

资源开销：Java线程占用MB级内存(如默认栈大小1MB),且线程切换需保存/恢复寄存器等内核状态，开销大。协程仅占用kb级内存，切换由用户态代码控制(保存少量局部变量和状态)，开销极低。

并发能力：Java中创建数千个线程会导致OOM或调度性能急剧下降，协程可轻松创建数十万个，适合高并发场景。

总结：线程是"重量级的内核调度单元"，协程是"轻量级的用户态任务"。

1.2为什么需要Kotlin协程？它能解决Java并发编程中的哪些痛点?

Kotlin协程的设计初衷是简化异步并发编程，解决Java中以下核心痛点：

回调地域：

Java中异步操作(如网络请求，文件读写)需通过回调实现，多层嵌套会导致代码可读性极差（如new Callback(){ onSuccess(()->new Callback(){...}) }），协程允许用同步代码的写法实现异步逻辑(通过suspend函数暂停，恢复后继续执行)，彻底消除嵌套。

线程切换繁琐：

Java中线程切换需手动管理线程池（如ExectorService），并通过post等方法切换到UI线程(Android中)，代码冗余且易出错，协程通过Dispather和withContext可自动完成线程切换(如从IO线程切回主线程)，无需手动处理。

线程资源浪费：

Java中IO操作会阻塞线程，导致线程在等待期间完全闲置（却还占用内存和内核资源），协程在IO等待时会主动"暂停"并让出线程，让线程去执行其他任务，IO完成后再"恢复"，大幅提高线程利用率。

并发任务协调复杂

Java中协调多个并发任务(如等待多个接口返回后合并结果)需要CountDownLatch,CompleteableFuture等工具，代码复杂，协程通过async/await可简洁地实现多任务并行与结果聚合，逻辑更直观。

1.3 协程的"非阻塞"特性是如何实现的？它和Java中"线程阻塞"的区别是什么？

协程的"非阻塞"本质是让出执行权+状态保存与恢复，而Java线程的阻塞是内核强制挂起，二者机制完全不同。

协程非阻塞的实现逻辑，当协程执行到suspend函数时，会触发以下操作：

保存状态：Kotlin编译器会将协程的局部变量，执行位置等信息保存到一个状态机中. 主动让出线程：协程通知调度器我需要等待，先让出线程，此时线程会被释放，去执行其他任务。 当等条件满足（如delay时间到，或者异步任务执行完了），调度器会找到空闲线程，从保存的状态中恢复协程执行，继续往下执行。

这里举个生活中例子：来解释 Kotlin 中的挂起函数非阻塞特性。

场景：早上做早餐

想象一下你早上做早餐的流程：

1. 烧水（这是一个需要等待的“耗时任务”）
2. 切面包（这是一个可以立刻做的“快速任务”）
3. 等水烧开后泡茶（这需要第1步的结果）
4. 吃早餐（这需要第2步和第3步都完成）

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1. 普通函数（阻塞式）的糟糕做法

如果用普通的同步代码来写，就像是一个固执的人：

fun makeBreakfast() {
    val water = boilWater() // 站在水壶前死死地盯着，等10分钟，什么都不做
    val tea = makeTea(water) // 水开了，开始泡茶
    val bread = cutBread() // 开始切面包
    eat(tea, bread) // 吃早餐
}

问题：在等水烧开的那10分钟里，这个人（主线程）就傻站着，不能去切面包，效率极低。如果这是在 Android 应用里，整个界面都会卡住。

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2. 使用挂起函数（非阻塞式）的聪明做法

现在，我们换一个聪明人，他懂得“挂起”和“切换”：

// 挂起函数：告诉系统这是一个需要时间的活儿，可以把我“挂起”，等好了再“恢复”
suspend fun boilWater(): Water {
    // 模拟耗时，比如10分钟
    delay(10000) // delay 是一个内置的挂起函数
    println("水烧开了！")
    return Water()
}

// 普通函数或挂起函数都可以
suspend fun cutBread(): Bread {
    delay(2000) // 切面包需要2分钟
    println("面包切好了！")
    return Bread()
}

// 主流程也是一个挂起函数
suspend fun main() {
    println("开始做早餐")

    // 启动一个“烧水”的协程
    val waterDeferred = async { boilWater() } // async 启动一个新的协程

    // 在等水开的时候，我不阻塞，我可以立刻去“切面包”
    val bread = cutBread() // 这是一个顺序调用，会花2分钟

    // 现在需要用水了，但如果水还没烧开，我就在这里“挂起”等待
    val water = waterDeferred.await() // await() 是一个挂起函数
    val tea = makeTea(water)

    println("开始吃早餐！")
}

关键点解释（通俗版）：

1. 挂起： 当执行到 boilWater() 或 waterDeferred.await() 这些挂起函数时，这个函数（或者说当前的协程）会说：“我需要等一会儿，别占着茅坑不拉屎，你先去执行别的任务吧”。于是它自己就“挂”起来了，让出了线程。
2. 非阻塞： 在等水烧开（boilWater）的10分钟里，线程没有被阻塞。它空闲出来可以去执行 cutBread() 任务了。这就好比你在等水开的时候，没有傻站着，而是利用这个等待时间去切面包了。
3. 恢复： 当水烧好了（boilWater 的 delay 时间到了），或者 async 的任务完成了，系统会说：“嘿，你等的东西好了”，然后协程会从它刚才被挂起的地方 (await()) 后面恢复执行，继续泡茶。
4. “看起来”是同步的代码： 注意看 main 函数里的代码，它写起来就像是同步的顺序代码一样，非常直观（先烧水，然后切面包，然后等水…）。但底层却是非阻塞的、异步执行的。这正是挂起函数和协程的强大之处：用同步的方式写异步代码。

总结比喻：

挂起函数就像是一个聪明的管家。

· 你（主线程）让管家（协程）去烧水（挂起函数）。 · 管家不会让你在旁边干等，他会把水壶放在炉子上，然后告诉你：“主人，您可以去切面包了，水好了我叫您。” · 于是你去切面包了（线程去执行其他任务）。 · 水烧开了，管家来通知你：“主人，水好了。”（恢复） · 你接着用水去泡茶。

这个过程中，你（主线程）一直没有闲着，效率非常高。这就是挂起函数的精髓。

与Java线程阻塞的区别：

维度 ： Java线程阻塞(Thread.sleep(1000)) Kotlin协程非阻塞

线程状态 线程进入阻塞态，被内核挂起 线程始终处于运行态，执行其他任务 资源占用 线程在阻塞期间还占用内存和资源 协程暂停时不占用线程资源 调度参与方 由操作系统内核调度(强制挂起/唤醒) 由用户态代码(协程调度器)控制 性能影响 大量阻塞线程会导致资源压力和调度压力 线程利用率极高，适合高并发场景

1.4 用个简单例子说明协程的哪些核心组成部分？

fun main() {
    runBlocking {
        launch {
            delay(1000)
            println("协程1执行完成")
        }
        launch {
            delay(3000)
            println("协程2执行完成")
        }
        println("主线程继续执行")
    }
    println("所有协程完成后打印")
}

代码中的核心组成部分： CoroutineScope(协程作用域)：作用域的核心作用是管理协程生命周期(如取消所有子协程)。

协程启动器(launch):用于创建并启动协程的函数，这里launch会创建一个无返回值的协程，类似的启动器还有async（用于有返回值的协程）。

suspend函数（暂停函数）：delay(1000)是一个suspend函数，它会暂停当前协程的执行(而非阻塞线程)，是协程实现非阻塞的核心入口。

Dispather(调度器)可通过Dispatchers.IO,Dispatchers.Main等指定协程运行的线程。

协程基础认知总结：

协程的本质与线程的区别：协程是用户态轻量级任务，由Kotlin runtime调度，而非操作系统内核，与线程相比，它内存开销极低(Kb级vs线程的Mb级)，切换成本几乎可以忽略，能支持数十万级并发，解决了线程在高并发场景下的资源瓶颈，其核心差异：线程是内核强制调度的重量级单元，协程是用户态协作式的轻量级任务，协程运行在线程之上，通过更高效的暂停-恢复机制实现并发。

协程解决的Java并发痛点：针对Java异步编程的四大核心问题提供了优雅解决方案：用同步代码写法消除回调地域，通过Dispather和withContext自动完成线程切换，替代手动线程池管理，IO等待时主动让出线程，解决线程闲置浪费问题，用async/awit简洁实现多任务并行与结果聚合，替代CountDonwLatch等复杂工具。

非阻塞特性的实现逻辑：协程的非阻塞源于主动让出+状态保存与恢复，执行到suspend函数时，先保存局部变量和执行位置到状态机，再主动让出线程（让线程执行其他任务），等待条件满足后，从保存的状态恢复执行，这与Java线程阻塞时内核强制挂起，线程闲置的机制完全不同，大幅提升了线程利用率。

一个简单协程示例包含四大核心元素：CoroutineScope（作用域，管理生命周期），协程启动器(如launch,创建无返回值协程),suspend函数，Dispather（调度器）这些组件共同支撑起协程的定义-启动-执行-暂停-恢复全流程。