这是关于在 Android 中使用协程的一系列文章。本篇让我们先来看看协程是如何工作的以及它解决了什么问题。
原文作者 ：Sean McQuillan
原文地址： Coroutines on Android (part I): Getting the background
译者 ： 秉心说
协程解决了什么问题 ？
Kotlin 的 Coroutines (协程) 带来了一种新的并发方式，在 Android 上，它可以用来简化异步代码。尽管 Kotlin 1.3 才带来稳定版的协程，但是自编程语言诞生以来，协程的概念就已经出现了。第一个使用协程的语言是发布于 1967 年的 Simula 。
在过去的几年中，协程变得越来越流行。现在许多流行的编程语言都加入了协程，例如 Javascript , C# , Python , Ruby , Go 等等。Kotlin 协程基于以往构建大型应用中已建立的一些概念。
在安卓中，协程很好的解决了两个问题：
- 耗时任务，运行时间过长阻塞主线程
- 主线程安全，允许你在主线程中调用任意 suspend(挂起) 函数
下面让我们深入了解协程如何帮助我们构建更干净的代码！
耗时任务
获取网页，和 API 进行交互，都涉及到了网络请求。同样的，从数据库读取数据，从硬盘中加载图片，都涉及到了文件读取。这些就是我们所说的耗时任务，App 不可能特地暂停下来等待它们执行完成。
和网络请求相比，很难具体的想象现代智能手机执行代码的速度有多快。Pixel 2 的一个 CPU 时钟周期不超过 0.0000000004 秒，这是一个对人类来说很难理解的一个数字。但是如果你把一次网络请求的耗时想象成一次眨眼，大概 0.4 s，这就很好理解 CPU 执行的到底有多快了。在一次眨眼的时间内，或者一次较慢的网络请求，CPU 可以执行超过一百万次时钟周期。
在 Android 中，每个 app 都有一个主线程，负责处理 UI(例如 View 的绘制)和用户交互。如果在主线程中处理过多任务，应用将会变得卡顿，随之带来了不好的用户体验。任何耗时任务都不应该阻塞主线程，
为了避免在主线程中进行网络请求，一种通用的模式是使用 CallBack(回调)，它可以在将来的某一时间段回调进入你的代码。使用回调访问 developer.android.com 如下所示：
class ViewModel: ViewModel() {
fun fetchDocs() {
get("developer.android.com") { result ->
show(result)
}
}
}
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尽管 get() 方法是在主线程调用的，但它会在另一个线程中进行网络请求。一旦网络请求的结果可用了，回调就会在主线程中被调用。这是处理耗时任务的一种好方式，像 Retrofit 就可以帮助你进行网络请求并且不阻塞主线程。
使用协程处理耗时任务
用协程来处理耗时任务可以简化代码。以上面的 fetchDocs() 方法为例，我们使用协程来重写之前的回调逻辑。
// Dispatchers.Main
suspend fun fetchDocs() {
// Dispatchers.IO
val result = get("developer.android.com")
// Dispatchers.Main
show(result)
}
// look at this in the next section
suspend fun get(url: String) = withContext(Dispatchers.IO){/*...*/}
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上面的代码会阻塞主线程吗？它是如何在不暂停等待网络请求或者阻塞主线程的情况下得到 get() 的返回值的？事实证明，Kotlin 协程提供了一种永远不会阻塞主线程的代码执行方式。
协程添加了两个操作来构建一些常规功能。除了 invoke(or call) 和 return ，它额外添加了 suspend(挂起) 和 resume(恢复)。
- suspend —— 挂起当前协程的执行，保存所有局部变量
- resume —— 从被挂起协程挂起的地方继续执行
在 Kotlin 中，通过给函数添加 suspend 关键字来实现此功能。你只能在挂起函数中调用挂起函数，或者通过协程构造器，例如 launch ，来开启一个新的协程。
挂起和恢复共同工作来替代回调。
在上面的例子中，get() 方法在进行网络请求之前会挂起协程，它也负责进行网络请求。然后，当网络请求结束时，它仅仅只需要恢复之前挂起的协程，而不是调用回调函数来通知主线程。
看一下 fetchDocs 是如何执行的，你就会明白 suspend 是如何工作的了。无论一个协程何时被挂起，它的当前栈帧（用来追踪正在运行的函数及其变量）将被复制并保存。当进行 resume 时，栈帧将从之前被保存的地方复制回来并重新运行。在上面动画的中间部分，当主线程上的所有协程都被挂起，就有时间去更新 UI，处理用户事件。总之，挂起和恢复替代了回调，相当的整洁！
当主线程上的所有协程都被挂起，它就有时间做其他事情了。
即使我们直接顺序书写代码，看起来就像是会导致阻塞的网络请求一样，但是协程会按我们所希望的那样执行，不会阻塞主线程。
下面，让我们看看协程是如何做到主线程安全的，并且探索一下 disaptchers(调度器)。
协程的主线程安全
在 Kotlin 协程中，编写良好的挂起函数在主线程中调用总是安全的。无论挂起函数做了什么，总是应该允许任何线程调用它们。
但是，在 Android 应用中，我们如果把很多工作都放在主线程做会导致 APP 运行缓慢，例如网络请求，JSON 解析，读写数据库，甚至是大集合的遍历。它们中任何一个都会导致应用卡顿，降低用户体验。所以它们不应该运行在主线程。
使用 suspend 并不意味着告诉 Kotlin 一定要在后台线程运行函数。值得一提的是，协程经常运行在主线程。事实上，当启动一个用于响应用户事件的协程时，使用 Dispatchers.Main.immediate 是一个好主意。
协程也会运行在主线程，suspend 并不一定意味着后台运行。
为了让一个函数不会使主线程变慢，我们可以告诉 Kotlin 协程使用 Default 或者 IO 调度器。在 Kotlin 中，所有的协程都需要使用调度器，即使它们运行在主线程。协程可以挂起自己，而调度器就是用来告诉它们如何恢复运行的。
为了指定协程在哪里运行，Kotlin 提供了 Dispatchers 来处理线程调度。
+-----------------------------------+
| Dispatchers.Main |
+-----------------------------------+
| Main thread on Android, interact |
| with the UI and perform light |
| work |
+-----------------------------------+
| - Calling suspend functions |
| - Call UI functions |
| - Updating LiveData |
+-----------------------------------+
+-----------------------------------+
| Dispatchers.IO |
+-----------------------------------+
| Optimized for disk and network IO |
| off the main thread |
+-----------------------------------+
| - Database* |
| - Reading/writing files |
| - Networking** |
+-----------------------------------+
+-----------------------------------+
| Dispatchers.Default |
+-----------------------------------+
| Optimized for CPU intensive work |
| off the main thread |
+-----------------------------------+
| - Sorting a list |
| - Parsing JSON |
| - DiffUtils |
+-----------------------------------+
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继续上面的例子，让我们使用调度器来定义 get 函数。在 get 函数的方法体内使用 withContext(Dispatchers.IO) 定义一段代码块，这个代码块将在调度器 Dispatchers.IO 中运行。方法块中的任何代码总是会运行在 IO 调度器中。由于 withContext 本身就是一个挂起函数，所以它通过协程提供了主线程安全。
// Dispatchers.Main
suspend fun fetchDocs() {
// Dispatchers.Main
val result = get("developer.android.com")
// Dispatchers.Main
show(result)
}
// Dispatchers.Main
suspend fun get(url: String) =
// Dispatchers.IO
withContext(Dispatchers.IO) {
// Dispatchers.IO
/* perform blocking network IO here */
}
// Dispatchers.Main
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通过协程，你可以细粒度的控制线程调度，因为 withContext 让你可以控制任意一行代码运行在什么线程上，而不用引入回调来获取结果。你可将其应用在很小的函数中，例如数据库操作和网络请求。所以，比较好的做法是，使用 withContext 确保每个函数在任意调度器上执行都是安全的，包括 Main，这样调用者在调用函数时就不需要考虑应该运行在什么线程上。
编写良好的挂起函数被任意线程调用都应该是安全的。
保证每个挂起函数主线程安全无疑是个好主意，如果它设计到任何磁盘，网络，或者 CPU 密集型的任务，请使用 withContext 来确保主线程调用是安全的。这也是基于协程的库所遵循的设计模式。如果你的整个代码库都遵循这一原则，你的代码将会变得更加简单，线程问题和程序逻辑也不会再混在一起。协程可以自由的从主线程启动，数据库和网络请求的代码会更简单，且能保证用户体验。
withContext 的性能
对于提供主线程安全性，withContext 与回调或 RxJava 一样快。在某些情况下，甚至可以使用协程上下文 withContext 来优化回调。如果一个函数将对数据库进行10次调用，那么您可以告诉 Kotlin 在外部的 withContext 中调用一次切换。尽管数据库会重复调用 withContext ，但是他它将在同一个调度器下，寻找最快路径。此外，Dispatchers.Default 和 Dispatchers.IO 之间的协程切换已经过优化，以尽可能避免线程切换。
What’s next
在这篇文章中我们探索了协程解决了什么问题。协程是编程语言中一个非常古老的概念，由于它们能够使与网络交互的代码更简单，因此最近变得更加流行。
在安卓上，你可以使用协程解决两个常见问题：
- 简化耗时任务的代码，例如网络请求，磁盘读写，甚至大量 JSON 的解析
- 提供准确的主线程安全，在不会让代码更加臃肿的情况下保证不阻塞主线程
在下一篇文章中，我们将探索它们是如何适应 Android 的，以便跟踪您从屏幕开始的所有工作!（In the next post we’ll explore how they fit in on Android to keep track of all the work you started from a screen! ）
下一篇：在 Android 上使用协程（二）：Getting started
作者：秉心说
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来源：掘金
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