kotlin从摸索到探究- 协程的执行流程

Posted 2021-10-04 塞尔维亚大叔

简介

这篇文章将从源码的角度，分析携程的执行流程，我们创建一个携程，系统是怎么进行调度的，什么时候执行的，是否需要创建新线程等等，带着这些疑问，一起往下看吧。

例子先行

fun main(): Unit = runBlocking {
    launch {
        println("${treadName()}======1")
    }
    GlobalScope.launch {
        println("${treadName()}======3")
    }
    launch {
        println("${treadName()}======2")
    }
    println("${treadName()}======4")
    Thread.sleep(2000)
}

输出如下：

DefaultDispatcher-worker-1======3
main======4
main======1
main======2

Process finished with exit code 0

根据打印，如果根据单线程执行流程来看，是不是感觉上面的日志打印顺序有点不好理解，下面我们就逐步来进行分解。

• runBlocking携程体
  这里将其它代码省略到了，我这里都是按照一条简单的执行流程进行讲解。

  public fun <T> runBlocking(context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext, block: suspend CoroutineScope.() -> T): T {
  
      val eventLoop: EventLoop?
      val newContext: CoroutineContext
      ...
      if (contextInterceptor == null) {
          eventLoop = ThreadLocalEventLoop.eventLoop
          newContext = GlobalScope.newCoroutineContext(context + eventLoop)
      }
      ...
      val coroutine = BlockingCoroutine<T>(newContext, currentThread, eventLoop)
      coroutine.start(CoroutineStart.DEFAULT, coroutine, block)
      return coroutine.joinBlocking()
  }
  
  

  看一下eventLoop的初始化,会 在当前线程（主线程）创建BlockingEventLoop对象。

  internal val eventLoop: EventLoop
        get() = ref.get() ?: createEventLoop().also { ref.set(it) }
  
  internal actual fun createEventLoop(): EventLoop = BlockingEventLoop(Thread.currentThread())
  
  

  看一下newContext初始化,这里会对携程上下文进行组合，返回新的上下文。最后返回的是一个BlockingEventLoop对象。

  public actual fun CoroutineScope.newCoroutineContext(context: CoroutineContext): CoroutineContext {
     val combined = coroutineContext + context
      val debug = if (DEBUG) combined + CoroutineId(COROUTINE_ID.incrementAndGet()) else combined
      return if (combined !== Dispatchers.Default && combined[ContinuationInterceptor] == null)
        debug + Dispatchers.Default else debug
  }
  
  

  开始对携程进行调度

   coroutine.start(CoroutineStart.DEFAULT, coroutine, block)
  
  

  看一下执行这句代码之前，各变量的值

  [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-w4u0tSiL-1631697299327)(//upload-images.jianshu.io/upload_images/3341206-0d228d7431b736a4.png?imageMogr2/auto-orient/strip|imageView2/2/w/566/format/webp)]

  而上面的代码最终调用的是CoroutineStart.DEFAULT的invoke方法。

    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 // will start lazily
        }
  
  

  我们使用的是DEFAULT启动模式。然后会执行resumeCancellableWith方法。

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

  dispatcher是BlockingEventLoop对象，没有重写isDispatchNeeded，默认返回true。然后调用dispatch继续进行分发。BlockingEventLoop继承了EventLoopImplBase并调用其dispatch方法。把任务加入到队列中。

  public final override fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable) = enqueue(block)
  
  

  回到最开始，在coroutine.start(CoroutineStart.DEFAULT, coroutine, block)执行完，还执行了coroutine.joinBlocking()看一下实现。

      fun joinBlocking(): T {
        registerTimeLoopThread()
        try {
            eventLoop?.incrementUseCount()
            try {
                while (true) {
                    @Suppress("DEPRECATION")
                    if (Thread.interrupted()) throw InterruptedException().also { cancelCoroutine(it) }
                    val parkNanos = eventLoop?.processNextEvent() ?: Long.MAX_VALUE
                    // note: process next even may loose unpark flag, so check if completed before parking
                    if (isCompleted) break
                    parkNanos(this, parkNanos)
                }
            } finally { // paranoia
                eventLoop?.decrementUseCount()
            }
        } finally { // paranoia
            unregisterTimeLoopThread()
        }
        // now return result
        val state = this.state.unboxState()
        (state as? CompletedExceptionally)?.let { throw it.cause }
        return state as T
    }
  
  

  执行val parkNanos = eventLoop?.processNextEvent() ?: Long.MAX_VALUE，取出任务进行执行，也就是runBlocking携程体。

• launch {} 执行流程

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

  因为launch是直接在runBlocking(父携程体)里新的创建的子携程体，所以执行流程上和之前将的差不多，只不过不会像runBlocking再去创建BlockingEventLoop对象，而是直接用runBlocking(父携程体)的，然后把任务加到里面，所以通过这种方式其实就是单线程对任务的调度而已。所以在runBlocking(父携程体)内通过launch启动再多的携程体，其实都是在同一线程，按照任务队列的顺序执行的。

根据上面日志输出，并没有先执行两个launch携程体，这是为什么呢，根据上面的讲解，应用知道，runBlocking(父携程体)是第一被添加的队列的任务，其次是launch，所以是这样的顺序。那可以让launch立即执行吗？答案是可以的，这就要说携程的启动模式了。

• CoroutineStart 是协程的启动模式，存在以下4种模式：

  1. DEFAULT 立即调度，可以在执行前被取消
  2. LAZY 需要时才启动，需要start、join等函数触发才可进行调度
  3. ATOMIC 立即调度，协程肯定会执行，执行前不可以被取消
  4. UNDISPATCHED 立即在当前线程执行，直到遇到第一个挂起点（可能切线程）

  我们使用UNDISPATCHED就可以使携程体马上在当前线程执行。看一下是怎么实现的。看一下实现：

使用这种启动模式执行UNDISPATCHED -> block.startCoroutineUndispatched(completion)方法。

internal fun <T> (suspend () -> T).startCoroutineUndispatched(completion: Continuation<T>) {
    startDirect(completion) { actualCompletion ->
        withCoroutineContext(completion.context, null) {
            startCoroutineUninterceptedOrReturn(actualCompletion)
        }
    }
}

大家可以自己点击去看一下，大概就是会立即执行携程体，而不是将任务放入队列。

但是GlobalScope.launch却不是按照这样的逻辑，这是因为GlobalScope.launch启动的全局携程，是一个独立的携程体了，并不是runBlocking(父携程体)子携程。看一下通过GlobalScope.launch有什么不同。

• GlobalScope.launch执行流程

  1. 启动全局携程

  GlobalScope.launch
  
  ```kotlin
  
  `newCoroutineContext(context)`返回`Dispatchers.Default`对象。而DefaultScheduler继承了ExperimentalCoroutineDispatcher类。看一下`ExperimentalCoroutineDispatcher`中的`dispatch`代码：
  
  

  override fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable): Unit =
  …
  coroutineScheduler.dispatch(block)
  …

  
  看一下`coroutineScheduler`初始化
  
  ```kotlin
  private fun createScheduler() = CoroutineScheduler(corePoolSize, maxPoolSize, idleWorkerKeepAliveNs, schedulerName)
  
  

  CoroutineScheduler实现了Executor接口，里面还有两个全局队列和线程池相关的参数。

  @JvmField
  val globalCpuQueue = GlobalQueue()
  @JvmField
  val globalBlockingQueue = GlobalQueue()
  
  

  继续调用CoroutineScheduler中的dispatch方法

    fun dispatch(block: Runnable, taskContext: TaskContext = NonBlockingContext, tailDispatch: Boolean = false) {
        trackTask() // this is needed for virtual time support
        val task = createTask(block, taskContext)
        // try to submit the task to the local queue and act depending on the result
        val currentWorker = currentWorker()
        val notAdded = currentWorker.submitToLocalQueue(task, tailDispatch)
        if (notAdded != null) {
            if (!addToGlobalQueue(notAdded)) {
                // Global queue is closed in the last step of close/shutdown -- no more tasks should be accepted
                throw RejectedExecutionException("$schedulerName was terminated")
            }
        }
        val skipUnpark = tailDispatch && currentWorker != null
        // Checking 'task' instead of 'notAdded' is completely okay
        if (task.mode == TASK_NON_BLOCKING) {
            if (skipUnpark) return
            signalCpuWork()
        } else {
            // Increment blocking tasks anyway
            signalBlockingWork(skipUnpark = skipUnpark)
        }
    }
  
  

  1. val task = createTask(block, taskContext)包装成TaskImpl对象。

  2. val currentWorker = currentWorker()当前是主线程，运行程序时由进程创建，肯定不是Worker对象，Worker是一个继承了Thread的类 ,并且在初始化时都指定为守护线程。

     Worker存在5种状态：
     CPU_ACQUIRED 获取到cpu权限
     BLOCKING 正在执行IO阻塞任务
     PARKING 已处理完所有任务，线程挂起
     DORMANT 初始态
     TERMINATED 终止态
     
     

3. val notAdded = currentWorker.submitToLocalQueue(task, tailDispatch)由于currentWorker是null，直接返回task对象。
4. addToGlobalQueue(notAdded)根据任务是否是阻塞任务，将task添加到全局任务队列中。这里被添加到globalCpuQueue中。
5. 执行signalCpuWork()来唤醒一个线程或者启动一个新的线程。

    fun signalCpuWork() {
      if (tryUnpark()) return
      if (tryCreateWorker()) return
      tryUnpark()
  }

 private fun tryCreateWorker(state: Long = controlState.value): Boolean {  
     val created = createdWorkers(state)// 创建的的线程总数  
     val blocking = blockingTasks(state)// 处理阻塞任务的线程数量  
     val cpuWorkers = (created - blocking).coerceAtLeast(0)//得到非阻塞任务的线程数量  
     if (cpuWorkers < corePoolSize) {// 小于核心线程数量，进行线程的创建  
         val newCpuWorkers = createNewWorker()  
         if (newCpuWorkers == 1 && corePoolSize > 1) createNewWorker()// 当前非阻塞型线程数量为1，同时核心线程数量大于1时，再进行一个线程的创建，  
         if (newCpuWorkers > 0) return true  
     }  
     return false  
 }  

  // 创建线程  
  private fun createNewWorker(): Int {  
     synchronized(workers) {  
         ...  
         val created = createdWorkers(state)// 创建的的线程总数  
         val blocking = blockingTasks(state)// 阻塞的线程数量  
         val cpuWorkers = (created - blocking).coerceAtLeast(0) // 得到非阻塞线程数量  
         if (cpuWorkers >= corePoolSize) return 0//超过最大核心线程数，不能进行新线程创建  
        if (created >= maxPoolSize) return 0// 超过最大线程数限制，不能进行新线程创建  
         ...  
         val worker = Worker(newIndex)  
         workers[newIndex] = worker  
         require(newIndex == incrementCreatedWorkers())  
         worker.start()// 线程启动  
         return cpuWorkers + 1  
     }  
 }

那么这里面的任务又是怎么调度的呢，当全局任务被执行的时候，看一下Worker中的run方法：

 override fun run() = runWorker()

执行runWorker方法，该方法会从队列中找到执行任务，然后开始执行。详细代码，可以自行翻阅。

所以GlobalScope.launch使用的就是线程池，没有所谓的性能好。

• Dispatchers调度器
  Dispatchers是协程中提供的线程调度器，用来切换线程，指定协程所运行的线程。，上面用的是默认调度器Dispatchers.Default。

Dispatchers中提供了4种类型调度器：
Default 默认调度器：适合CPU密集型任务调度器 比如逻辑计算；
Main UI调度器
Unconfined 无限制调度器：对协程执行的线程不做限制，协程恢复时可以在任意线程；
IO调度器：适合IO密集型任务调度器 比如读写文件，网络请求等。

最后

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