协程

Posted 2023-05-10 shubin

引言

在使用socket编程时，我们会用到accept、connect、recv、send等函数，这些函数在没有数据到达时，会阻塞等待IO数据的到达。 这不利于我们处理多个连接并快速响应。一种方案是，服务端每accept一个连接，就创建一个新的线程用来处理这个连接。这会导致线程过多， 而且线程之前切换开销很大。这就可以使用到协程了。当然不止socket这种可以使用协程，IO密集型都可以使用协程，无论是网络IO还是其他IO。

协程

协程可以理解为用户态的非抢占线程。

特点

用户态:协程是在用户态实现调度。
轻量级:协程不用内核调度，内核态与用户态之间切换。
非抢占:协程是由用户自己实现调度，并且同一时间只能有一个协程在执行，协程自己主动交出CPU的。

优缺点

• 优点：
  • 协程切换的时候开销小，用户态且轻量
  • 非抢占式，不用加很多锁，减小复杂度，不用很复杂的处理线程同步问题。
• 缺点：
  • 协程不能利用多核，只能使用单核，因为同时只有一个协程在运行。

适用场景

IO密集型。 在IO密集的情况下，协程的开销比线程小，能快速实现调度。 协程不适用于计算密集型，协程不能很好的利用多核cpu。

ucontext组件

linux下在头文件ucontext.h 提供了getcontext(),setcontext(),makecontext(),swapcontext()四个函数和mcontext_t和ucontext_t结构体。
其中mcontext_t与机器相关。ucontext_t结构体如下（一般在/usr/include下）：

typedef struct ucontext

    unsigned long int uc_flags;
    struct ucontext *uc_link;
    stack_t uc_stack;
    mcontext_t uc_mcontext;
    __sigset_t uc_sigmask;
    struct _libc_fpstate __fpregs_mem;
 ucontext_t;

其中uc_link指向下文，及当前上下文（可以理解为执行状态）执行完了，恢复运行的上下文;
uc_sigmask为该上下文中的阻塞信号集合;
uc_stack为该上下文中使用的栈;
uc_mcontext保存的上下文的特定机器表示，包括调用线程的特定寄存器等。
通过栈式计算机原理，我们可以知道，保存栈区和所有通用寄存器的值就可以保存程序运行的状态。这里uc_mcontext就是用来保存所有的寄存器的值的。而我们把栈设置到uc_stack所指向的内存， uc_stack就保存了栈的状态。

ucontext的4个函数介绍

int getcontext(ucontext_t *ucp);
获取当前上下文，初始化ucp结构体，将当前的上下文保存到ucp中。如果执行成功，返回0。执行失败返回-1。
int setcontext(const ucontext_t *ucp);
设置当前上下文，设置当前的上下文为ucp, 恢复ucp的执行状态。如果ucp执行完了，会恢复到uc_link所指向的上下文，若uc_link为NULL，则线程退出。如果执行成功，不返回。执行失败返回-1。
void makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, ...);
创建上下文，修改通过getcontext取得的上下文ucp, 然后给该上下文指定一个栈空间ucp->stack，设置后继的上下文ucp->uc_link。
int swapcontext(ucontext_t *oucp, ucontext_t *ucp);
切换上下文，保存当前上下文到oucp结构体中，然后激活upc上下文。 如果执行成功，不返回。执行失败返回-1。

Kotlin 协程协程简介 ( 协程概念 | 协程作用 | 创建 Android 工程并进行协程相关配置开发 | 异步任务与协程对比 )

文章目录

• 一、协程概念
• 二、协程作用
• 三、创建 Android 工程并进行协程相关配置
• • 1、创建 Android 工程
  • 2、配置协程环境
  • 3、布局文件
  • 4、异步任务代码示例
  • 5、协程代码示例
  • 6、完整代码示例
• 四、异步任务与协程对比

一、协程概念

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协程 Coroutine 是 Kotlin 语言 中新出现的概念 , 在 Java 语言中没有 ;

协程 是 基于 线程 的 , 是 轻量级 线程 ;

二、协程作用

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协程主要作用如下 :

• 处理耗时任务 : 耗时任务 通常需要 阻塞主线程 , 线程量级太重 , 耗时任务 推荐在协程中执行 ;
• 保证主线程安全 : 从主线程中 安全地调用可能会挂起的函数 ;

异步任务 AsyncTask 也可以处理耗时操作 , 避免耗时任务阻塞线程 , 但是在 Android 11 中 , 官方规定 该 api 已过时 , 被标记为弃用状态 , 建议使用

• 协程
• java.util.concurrent 包下的 Executor，ThreadPoolExecutor，FutureTask

取代 AsyncTask ;

三、创建 Android 工程并进行协程相关配置

---

1、创建 Android 工程

创建 Android 工程 , 在 Android Studio 中 选择 " 菜单栏 | File | New | New Project " 选项 , 创建工程 ,

创建 Empty Activity ;

注意选择 Kotlin 语言 , Android Studio 会自动添加 Kotlin 语言支持 ;

2、配置协程环境

在 AndroidManifest.xml 清单文件 中 , 添加网络权限 :

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>

Android 中访问网络 , 建议使用 https 协议 , 如果在 Android 中使用 http 协议 , 则需要加入如下网络声明 : 在 res/xml 目录下 , 配置 network_security_config.xml 配置文件 ;

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<network-security-config>
    <base-config cleartextTrafficPermitted="true" />
</network-security-config>

然后在 清单文件中的 application 节点 配置 如下属性 :

android:networkSecurityConfig="@xml/network_security_config"

完整的清单文件配置示例 :

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="kim.hsl.coroutine">
    <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>
    <application
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/Theme.Coroutine"
        android:networkSecurityConfig="@xml/network_security_config">
        <activity android:name=".MainActivity"
            android:exported="true">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>
</manifest>

在 build.gradle 中设置协程依赖 :

dependencies 
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-core:1.5.0-RC-native-mt'
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.5.0-RC-native-mt'

3、布局文件

布局文件 :

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

    <Button
        android:id="@+id/asyncTaskButton"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="异步任务方法"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"
        app:layout_constraintVertical_bias="0.2"
        app:layout_constraintHorizontal_bias="0.5"/>

    <Button
        android:id="@+id/coroutineButton"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="协程方法"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"
        app:layout_constraintVertical_bias="0.4"
        app:layout_constraintHorizontal_bias="0.5"/>

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

4、异步任务代码示例

        findViewById<Button>(R.id.asyncTaskButton).also 
            it.setOnClickListener 
                // 使用异步任务执行耗时操作,
                // 使用匿名内部类形式定义异步任务 ,
                // Java 匿名内部类 对应 Kotlin 对象表达式
                object : AsyncTask<Void, Void, Void>()
                    override fun doInBackground(vararg params: Void?): Void? 
                        // 在子线程执行任务
                        Log.i("MainActivity", "doInBackground : 子线程执行异步任务执行耗时操作")
                        return null
                    

                    override fun onPostExecute(result: Void?) 
                        super.onPostExecute(result)
                        // 主线程更新 UI
                        Log.i("MainActivity", "onPostExecute : 主线程更新 UI")
                    
                .execute()
            
        

5、协程代码示例

        findViewById<Button>(R.id.coroutineButton).also 
            it.setOnClickListener 
                // 创建协程
                GlobalScope.launch 
                    // Dispatchers.IO 是协程任务调度器, 用于执行耗时操作
                    withContext(Dispatchers.IO)
                        Log.i("MainActivity", "withContext : 协程中执行耗时操作")
                    
                    // 主线程更新 UI
                    Log.i("MainActivity", "GlobalScope : 主线程更新 UI")
                
            
        

6、完整代码示例

package kim.hsl.coroutine

import android.os.AsyncTask
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import android.util.Log
import android.widget.Button
import kotlinx.coroutines.Dispatchers
import kotlinx.coroutines.GlobalScope
import kotlinx.coroutines.launch
import kotlinx.coroutines.withContext

class MainActivity : AppCompatActivity() 
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) 
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)

        findViewById<Button>(R.id.asyncTaskButton).also 
            it.setOnClickListener 
                // 使用异步任务执行耗时操作,
                // 使用匿名内部类形式定义异步任务 ,
                // Java 匿名内部类 对应 Kotlin 对象表达式
                object : AsyncTask<Void, Void, Void>()
                    override fun doInBackground(vararg params: Void?): Void? 
                        // 在子线程执行任务
                        Log.i("MainActivity", "doInBackground : 子线程执行异步任务执行耗时操作")
                        return null
                    

                    override fun onPostExecute(result: Void?) 
                        super.onPostExecute(result)
                        // 主线程更新 UI
                        Log.i("MainActivity", "onPostExecute : 主线程更新 UI")
                    
                .execute()
            
        

        findViewById<Button>(R.id.coroutineButton).also 
            it.setOnClickListener 
                // 创建协程
                GlobalScope.launch 
                    // Dispatchers.IO 是协程任务调度器, 用于执行耗时操作
                    withContext(Dispatchers.IO)
                        Log.i("MainActivity", "withContext : 协程中执行耗时操作")
                    
                    // 主线程更新 UI
                    Log.i("MainActivity", "GlobalScope : 主线程更新 UI")
                
            
        
    

四、异步任务与协程对比

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异步任务与协程对比 :

• 相同点 : 都可以 处理耗时任务 , 保证主线程的安全性 ;
• 异步任务缺陷 : 不符合人类的思维逻辑 , 其先执行 doInBackground 方法在其中执行后台任务 , 然后再通过回调触发 onPostExecute 方法在主线程执行操作 ;
• 协程优点 : 符合人类思维习惯 , 借助编辑器实现了 异步任务同步化 , 没有回调操作 ; 可以在执行一段程序后 挂起 , 之后在挂起的地方 恢复执行 ;