Kotlin 协程到底运行在哪个线程里

与其说协程是一个轻量级线程,我更愿意把它当然一个个待执行/可执行的任务。这样就引申出一个问题——协程是运行在哪个线程上的?这就是本篇文章想要探讨的问题,同时我们也将学习如何让协程在特定的线程里执行。

首先来看一个例子:

fun log(msg: String) {
    println("[${Thread.currentThread().name}] $msg")
}

fun main() = runBlocking {
    val job1 = GlobalScope.launch {
        log("launch before delay")
        delay(100)
        log("launch after delay")
    }
    val job2 = GlobalScope.launch {
        log("launch2 before delay")
        delay(200)
        log("launch2 after delay")
    }

    job1.join()
    job2.join()
}

下面是在我机器上的一个输出(需要加入 JVM 参数 -Dkotlinx.coroutines.debug 才会打印协程名):

[DefaultDispatcher-worker-2 @coroutine#3] launch2 before delay
[DefaultDispatcher-worker-1 @coroutine#2] launch before delay
[DefaultDispatcher-worker-1 @coroutine#2] launch after delay
[DefaultDispatcher-worker-1 @coroutine#3] launch2 after delay

这个输出有两个要点:

  1. 从线程名推断,两个协程很可能运行在某个线程池中
  2. 第二个协程先运行在 worker-2,然后又运行在 worker-1

关于第一点, launch 的文档有这么一句话:

If the context does not have any dispatcher nor any other ContinuationInterceptor, then Dispatchers.Default is used.

这里引入了本篇文章的主题——Distpacher,正是它决定了协程运行在哪个线程里。Dispatcher 的问题我们马上会谈到,我们先看看第二个问题。

第二个协程先运行在 worker-2,然后又运行在 worker-1。这提醒我们,很多时候不能假设协程会运行在同一个线程里,它唯一保证的是,协程中的代码会串行执行。由于协程是串行执行的,即使前后不是在同一个线程,我们也能安全地对局部变量进行读写:

suspend fun foo() {
    val list = someSuspendFn()
    val list2 = someOtherSuspendFn()
    // cope with list/list2
}

现在我们回到本篇文章的重点——Dispatcher。所谓的 Dispatcher,中文我们可以叫它分发器,是用来将协程分发到特定线程去执行的。它的接口是 ContinuationInterceptor

interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {
    fun  interceptContinuation(continuation: Continuation): Continuation
}

注意,它继承了 CoroutineContext.Element,所以他也是一个 context。

Continuation 代表着协程运行的某个中间运行状态:

public interface Continuation {
    public val context: CoroutineContext
    public fun resumeWith(result: Result)
}

当需要继续执行协程时,Kotlin 会调用它的 resumeWith 方法。ContinuationInterceptorinterceptContinuation 可以返回一个新的 Continuation,在这个新的 ContinuationresumeWith 里面,我们可以让协程运行在任意的线程里。

下面我们看一个最简单的 Dispatcher:

class DummyDispatcher
    : AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor),
      ContinuationInterceptor {

    override fun  interceptContinuation(continuation: Continuation): Continuation {
        return continuation
    }
}

fun main() = runBlocking {
    val dispatcher = DummyDispatcher()
    log("which thread am I in?")
    val job = GlobalScope.launch(dispatcher) {
        log("launch before delay")
        delay(100)
        log("launch after delay")
    }

    job.join()
}

由于我们的 DummyDispatcher 什么也没做,协程会继续在原来的线程中执行。运行结果为:

[main @coroutine#1] which thread am I in?
[main @coroutine#1] launch before delay
[kotlinx.coroutines.DefaultExecutor] launch after delay

一开始 runBlocking 所在的线程为 main,由于我们返回了原始的 continuation,所以在 delay 前的那个调用还是在线程 main;最后一个打印之所以换到了另一个线程,是因为 delay 内部使用了这个 DefaultExecutor 来实现延迟执行。

现在我们来构造一个真正的 ContinuationInterceptor,它会让协程运行在我们创建的线程池里:

class SingleThreadedDispatcher
    : AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor),
      ContinuationInterceptor {

    private val executorService = Executors.newSingleThreadExecutor {
        Thread(it, "SingleThreadedDispatcher")
    }

    override fun  interceptContinuation(continuation: Continuation): Continuation {
        return OurContinuation(continuation)
    }

    inner class OurContinuation(private val origin: Continuation) : Continuation {
        override val context: CoroutineContext = origin.context
        override fun resumeWith(result: Result) {
            executorService.submit {
                // origin.resumeWith 会执行协程中的代码。在这里调用的话,协程就
                // 能运行在我们自定义的线程池中了
                origin.resumeWith(result)
            }
        }
    }

    fun close() {
        executorService.shutdown()
    }
}

fun main() = runBlocking {
    val dispatcher = SingleThreadedDispatcher()
    log("which thread am I in?")
    val job = GlobalScope.launch(dispatcher) {
        log("launch before delay")
        delay(100)
        log("launch after delay")
    }

    job.join()
    dispatcher.close()
}

程序的输出为:

[main @coroutine#1] which thread am I in?
[SingleThreadedDispatcher] launch before delay
[SingleThreadedDispatcher] launch after delay

可以看到,它确实运行在我们定义的那个线程池中。

注意到每次调用 executorService.submit 我们都创建了一个新对象,还可以复用 OurContinuation

class SingleThreadedDispatcher {
    // ...

    inner class OurContinuation(private val origin: Continuation)
        : Continuation, Runnable {
        override val context: CoroutineContext = origin.context

        private var result: Result? = null
        override fun resumeWith(result: Result) {
            this.result = result
            executorService.submit(this)
        }
        override fun run() {
            origin.resumeWith(result as Result)
        }
    }
}

眼尖的你有没有留意到,虽然我一直在说 Dispatcher,可是前面我们实现的却是 ContinuationInterceptor,是 interceptor啊!其实正常情况下,我们一般不会直接来实现 ContinuationInterceptor,而是实现它的子类 CoroutineDispatcher,这就是为什么我们都说 Dispatcher 而不是 Interceptor。本质上他们的实现和前面的 SingleThreadedDispatcher 是一样的,读者可以自行阅读源码了解一下。

最后一个问题是,在哪里调用的 interceptContinuation?答案可以在 suspendCoroutine 的实现里找到:

public suspend inline fun  suspendCoroutine(crossinline block: (Continuation) -> Unit): T =
    suspendCoroutineUninterceptedOrReturn { c: Continuation ->
        val safe = SafeContinuation(c.intercepted())
        block(safe)
        safe.getOrThrow()
    }

通过 coroutine.intrisics 创建的协程都是 unintercepted 的,一般情况下,我们会调用 intercepted() 方法对它做一个拦截:

public actual fun  Continuation.intercepted(): Continuation =
    (this as? ContinuationImpl)?.intercepted() ?: this

internal abstract class ContinuationImpl {
    // ...

    public fun intercepted(): Continuation =
        intercepted
            ?: (context[ContinuationInterceptor]?.interceptContinuation(this) ?: this)
                .also { intercepted = it }
}

编译器会将 suspend 函数转成一个 Continuation,这个 Continuation 就是 ContinuationImpl;所以最终执行 interceptContinuation,如果 context 里有 ContinuationInterceptor 的话。

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