关键词：Kotlin 协程 序列 Sequence
说出来你可能不信，Kotlin 1.1 协程还在吃奶的时候，Sequence 就已经正式推出了，然而，Sequence 生成器的实现居然有协程的功劳。
1. 认识 Sequence
在 Kotlin 当中，Sequence 这个概念确切的说是“懒序列”，产生懒序列的方式可以有多种，下面我们介绍一种由基于协程实现的序列生成器。需要注意的是，这个功能内置于 Kotlin 标准库当中，不需要额外添加依赖。
下面我们给出一个斐波那契数列生成的例子：
val fibonacci = sequence {
yield(1L) // first Fibonacci number
var cur = 1L
var next = 1L
while (true) {
yield(next) // next Fibonacci number
val tmp = cur + next
cur = next
next = tmp
}
}
fibonacci.take(5).forEach(::log)
这个 sequence 实际上也是启动了一个协程，yield 则是一个挂起点，每次调用时先将参数保存起来作为生成的序列迭代器的下一个值，之后返回 COROUTINE_SUSPENDED，这样协程就不再继续执行，而是等待下一次 resume 或者 resumeWithException 的调用，而实际上，这下一次的调用就在生成的序列的迭代器的 next() 调用时执行。如此一来，外部在遍历序列时，每次需要读取新值时，协程内部就会执行到下一次 yield 调用。
程序运行输出的结果如下：
10:44:34:071 [main] 1
10:44:34:071 [main] 1
10:44:34:071 [main] 2
10:44:34:071 [main] 3
10:44:34:071 [main] 5
除了使用 yield(T) 生成序列的下一个元素以外，我们还可以用 yieldAll() 来生成多个元素：
val seq = sequence {
log("yield 1,2,3")
yieldAll(listOf(1, 2, 3))
log("yield 4,5,6")
yieldAll(listOf(4, 5, 6))
log("yield 7,8,9")
yieldAll(listOf(7, 8, 9))
}
seq.take(5).forEach(::log)
从运行结果我们可以看到，在读取 4 的时候才会去执行到 yieldAll(listOf(4, 5, 6))，而由于 7 以后都没有被访问到，yieldAll(listOf(7, 8, 9)) 并不会被执行，这就是所谓的“懒”。
10:44:34:029 [main] yield 1,2,3
10:44:34:060 [main] 1
10:44:34:060 [main] 2
10:44:34:060 [main] 3
10:44:34:061 [main] yield 4,5,6
10:44:34:061 [main] 4
10:44:34:066 [main] 5
2. 深入序列生成器
前面我们已经不止一次提到 COROUTINE_SUSPENDED 了，我们也很容易就知道 yield 和 yieldAll 都是 suspend 函数，既然能做到”懒“，那么必然在 yield 和 yieldAll 处是挂起的，因此它们的返回值一定是 COROUTINE_SUSPENDED，这一点我们在本文的开头就已经提到，下面我们来见识一下庐山真面目：
override suspend fun yield(value: T) {
nextValue = value
state = State_Ready
return suspendCoroutineUninterceptedOrReturn { c ->
nextStep = c
COROUTINE_SUSPENDED
}
}
这是 yield 的实现，我们看到了老朋友 suspendCoroutineUninterceptedOrReturn，还看到了 COROUTINE_SUSPENDED，那么挂起的问题就很好理解了。而 yieldAll 是如出一辙：
override suspend fun yieldAll(iterator: Iterator) {
if (!iterator.hasNext()) return
nextIterator = iterator
state = State_ManyReady
return suspendCoroutineUninterceptedOrReturn { c ->
nextStep = c
COROUTINE_SUSPENDED
}
}
唯一的不同在于 state 的值，一个流转到了 State_Ready，一个是 State_ManyReady，也倒是很好理解嘛。
那么现在就剩下一个问题了，既然有了挂起，那么什么时候执行 resume ？这个很容易想到，我们在迭代序列的时候呗，也就是序列迭代器的 next() 的时候，那么这事儿就好办了，找下序列的迭代器实现即可，这个类型我们也很容易找到，显然 yield 就是它的方法，我们来看看 next 方法的实现：
override fun next(): T {
when (state) {
State_NotReady, State_ManyNotReady -> return nextNotReady() // ①
State_ManyReady -> { // ②
state = State_ManyNotReady
return nextIterator!!.next()
}
State_Ready -> { // ③
state = State_NotReady
val result = nextValue as T
nextValue = null
return result
}
else -> throw exceptionalState()
}
}
我们来依次看下这三个条件：
- ① 是下一个元素还没有准备好的情况，调用
nextNotReady会首先调用hasNext检查是否有下一个元素，检查的过程其实就是调用Continuation.resume，如果有元素，就会再次调用next，否则就抛异常 - ② 表示我们调用了
yieldAll，一下子传入了很多元素，目前还没有读取完，因此需要继续从传入的这个元素集合当中去迭代 - ③ 表示我们调用了一次
yield，而这个元素的值就存在nextValue当中
hasNext 的实现也不是很复杂：
override fun hasNext(): Boolean {
while (true) {
when (state) {
State_NotReady -> {} // ①
State_ManyNotReady -> // ②
if (nextIterator!!.hasNext()) {
state = State_ManyReady
return true
} else {
nextIterator = null
}
State_Done -> return false // ③
State_Ready, State_ManyReady -> return true // ④
else -> throw exceptionalState()
}
state = State_Failed
val step = nextStep!!
nextStep = null
step.resume(Unit)
}
}
我们在通过 next 读取完一个元素之后，如果已经传入的元素已经没有剩余，状态会转为 State_NotReady，下一次取元素的时候就会在 next 中触发到 hasNext 的调用，① 处什么都没有干，因此会直接落到后面的 step.resume()，这样就会继续执行我们序列生成器的代码，直到遇到 yield 或者 yieldAll。
3. 小结
序列生成器很好的利用了协程的状态机特性，将序列生成的过程从形式上整合到了一起，让程序更加紧凑，表现力更强。本节讨论的序列，某种意义上更像是生产 - 消费者模型中的生产者，而迭代序列的一方则像是消费者，其实在 kotlinx.coroutines 库中提供了更为强大的能力来实现生产 - 消费者模式，我们将在后面的文章当中展示给大家看。
协程的回调特性可以让我们在实践当中很好的替代传统回调的写法，同时它的状态机特性也可以让曾经的状态机实现获得新的写法，除了序列之外，也许还会有更多有趣的适用场景等待我们去发掘~
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