Kotlin图文并茂讲解续体与续体拦截器和调度器

一.Continuation

Continuation接口是协程中最核心的接口,代表着挂起点之后的续体,代码如下:

public interface Continuation {
    // 续体的上下文
    public val context: CoroutineContext
    // 该方法用于恢复续体的执行
    // result为挂起点执行完成的返回值,T为返回值的类型
    public fun resumeWith(result: Result)
}

Continuation图解

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二.ContinuationInterceptor

ContinuationInterceptor接口继承自Element接口,是协程中的续体拦截器,代码如下:

public interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {
    // 拦截器的Key
    companion object Key : CoroutineContext.Key
    // 拦截器对续体进行拦截时会调用该方法,并对continuation进行缓存
    // 拦截判断:根据传入的continuation对象与返回的continuation对象是否相同
    public fun  interceptContinuation(continuation: Continuation): Continuation
    // 当interceptContinuation方法拦截的协程执行完毕后,会调用该方法
    public fun releaseInterceptedContinuation(continuation: Continuation<*>) {
        /* do nothing by default */
    }
    // get方法多态实现
    public override operator fun  get(key: CoroutineContext.Key): E? {
        @OptIn(ExperimentalStdlibApi::class)
        if (key is AbstractCoroutineContextKey<*, *>) {
            @Suppress("UNCHECKED_CAST")
            return if (key.isSubKey(this.key)) key.tryCast(this) as? E else null
        }
        @Suppress("UNCHECKED_CAST")
        return if (ContinuationInterceptor === key) this as E else null
    }
    // minusKey方法多态实现
    public override fun minusKey(key: CoroutineContext.Key<*>): CoroutineContext {
        @OptIn(ExperimentalStdlibApi::class)
        if (key is AbstractCoroutineContextKey<*, *>) {
            return if (key.isSubKey(this.key) && key.tryCast(this) != null) EmptyCoroutineContext else this
        }
        return if (ContinuationInterceptor === key) EmptyCoroutineContext else this
    }
}

三.CoroutineDispatcher

CoroutineDispatcher类继承自AbstractCoroutineContextElement类,实现了ContinuationInterceptor接口,是协程调度器的基类,代码如下:

public abstract class CoroutineDispatcher :
    AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor), ContinuationInterceptor {
    // ContinuationInterceptor的多态实现,调度器本质上就是拦截器
    @ExperimentalStdlibApi
    public companion object Key : AbstractCoroutineContextKey(
        ContinuationInterceptor,
        { it as? CoroutineDispatcher })
    // 用于判断调度器是否要调用dispatch方法进行调度,默认为true
    public open fun isDispatchNeeded(context: CoroutineContext): Boolean = true
    // 调度的核心方法,在这里进行调度,执行block
    public abstract fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable)
    // 如果调度是由Yield方法触发的,默认通过dispatch方法实现
    @InternalCoroutinesApi
    public open fun dispatchYield(context: CoroutineContext, block: Runnable): Unit = dispatch(context, block)
    // ContinuationInterceptor接口的方法,将续体包裹成DispatchedContinuation,并传入当前调度器
    public final override fun  interceptContinuation(continuation: Continuation): Continuation =
        DispatchedContinuation(this, continuation)
    // 释放父协程与子协程的关联。
    @InternalCoroutinesApi
    public override fun releaseInterceptedContinuation(continuation: Continuation<*>) {
        (continuation as DispatchedContinuation<*>).reusableCancellableContinuation?.detachChild()
    }
    // 重载了"+"操作,直接返回others
    // 因为两个调度器相加没有意义,同一个上下文中只能有一个调度器
    // 如果需要加的是调度器对象,则直接替换成最新的,因此直接返回
    public operator fun plus(other: CoroutineDispatcher): CoroutineDispatcher = other
    override fun toString(): String = "$classSimpleName@$hexAddress"
}

四.EventLoop

EventLoop类继承自CoroutineDispatcher类,用于协程中任务的分发执行,只在runBlocking方法中和Dispatchers.Unconfined调度器中使用。与Handler中的Looper类似,在创建后会存储在当前线程的ThreadLocal中。EventLoop本身不支持延时执行任务,如果需要可以自行继承EventLoop并实现Delay接口,EventLoop中预留了一部分变量和方法用于延时需求的扩展。

为什么协程需要EventLoop呢?协程的本质是续体传递,而续体传递的本质是回调,假设在Dispatchers.Unconfined调度下,要连续执行多个suspend方法,就会有多个续体传递,假设suspend方法达到一定数量后,就会造成StackOverflow,进而引起崩溃。同样的,我们知道调用runBlocking会阻塞当前线程,而runBlocking阻塞的原理就是执行“死循环”,因此需要在循环中做任务的分发,去执行内部协程在Dispatchers.Unconfined调度器下加入的任务。

EventLoop代码如下:

internal abstract class EventLoop : CoroutineDispatcher() {
    // 用于记录使用当前EventLoop的runBlocking方法和Dispatchers.Unconfined调度器的数量
    private var useCount = 0L
    // 表示当前的EventLoop是否被暴露给其他的线程
    // runBlocking会将EventLoop暴露给其他线程
    // 因此,当runBlocking使用时,shared必须为true
    private var shared = false
    // Dispatchers.Unconfined调度器的任务执行队列
    private var unconfinedQueue: ArrayQueue>? = null
    // 处理任务队列的下一个任务,该方法只能在EventLoop所在的线程调用
    // 返回值<=0,说明立刻执行下一个任务
    // 返回值>0,说明等待这段时间后,执行下一个任务
    // 返回值为Long.MAX_VALUE,说明队列里没有任务了 
    public open fun processNextEvent(): Long {
        if (!processUnconfinedEvent()) return Long.MAX_VALUE
        return 0
    }
    // 队列是否为空
    protected open val isEmpty: Boolean get() = isUnconfinedQueueEmpty
    // 下一个任务多长时间后执行
    protected open val nextTime: Long
        get() {
            val queue = unconfinedQueue ?: return Long.MAX_VALUE
            return if (queue.isEmpty) Long.MAX_VALUE else 0L
        }
    // 任务的核心处理方法
    public fun processUnconfinedEvent(): Boolean {
        // 若队列为空,则返回
        val queue = unconfinedQueue ?: return false
        // 从队首取出一个任务,如果为空,则返回
        val task = queue.removeFirstOrNull() ?: return false
        // 执行
        task.run()
        return true
    }
    // 表示当前EventLoop是否可以在协程上下文中被调用
    // EventLoop本质上也是协程上下文
    // 如果EventLoop在runBlocking方法中使用,必须返回true
    public open fun shouldBeProcessedFromContext(): Boolean = false
    // 向队列中添加一个任务
    public fun dispatchUnconfined(task: DispatchedTask<*>) {
        // 若队列为空,则创建一个新的队列
        val queue = unconfinedQueue ?:
            ArrayQueue>().also { unconfinedQueue = it }
        queue.addLast(task)
    }
    // EventLoop当前是否还在被使用
    public val isActive: Boolean
        get() = useCount > 0
    // EventLoop当前是否还在被Unconfined调度器使用
    public val isUnconfinedLoopActive: Boolean
        get() = useCount >= delta(unconfined = true)
    // 判断队列是否为空
    public val isUnconfinedQueueEmpty: Boolean
        get() = unconfinedQueue?.isEmpty ?: true
    // 下面三个方法用于计算使用当前的EventLoop的runBlocking方法和Unconfined调度器的数量
    // useCount是一个64位的数,
    // 它的高32位用于记录Unconfined调度器的数量,低32位用于记录runBlocking方法的数量
    private fun delta(unconfined: Boolean) =
        if (unconfined) (1L shl 32) else 1L
    fun incrementUseCount(unconfined: Boolean = false) {
        useCount += delta(unconfined)
        // runBlocking中使用,shared为true
        if (!unconfined) shared = true 
    }
    fun decrementUseCount(unconfined: Boolean = false) {
        useCount -= delta(unconfined)
        // 如果EventLoop还在被使用
        if (useCount > 0) return
        assert { useCount == 0L }
        // 如果EventLoop不被使用了,并且在EventLoop中使用过
        if (shared) {
            // 关闭相关资源,并在ThreadLocal中移除
            shutdown()
        }
    }
    protected open fun shutdown() {}
}

协程中提供了EventLoopImplBase类,间接继承自EventLoop,实现了Delay接口,用来延时执行任务。同时,协程中还提供单例对象ThreadLocalEventLoop用于EventLoop在ThreadLocal中的存储。

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