Kotlin 协程基础入门：协程的上下文 Context (万物皆为Context)

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简介

Kotlin 协程中的 CoroutineContext（协程上下文）是一个包含了各种协程参数和配置信息的类。它是一个键-值对的集合，其中的键由 CoroutineContext.Key 定义，值可以是任意类型的对象。协程上下文可以被认为是一个环境，在协程执行过程中提供各种信息和支持。

CoroutineContext 中的常用键：

1. Job: 协程的 Job 对象，用于管理协程的生命周期和状态。可以使用 cancel() 函数取消协程。
2. CoroutineExceptionHandler: 协程的异常处理器，用于捕获协程中抛出的异常。
3. CoroutineName:协程的名称，用于区分不同协程。
4. CoroutineScope:协程的作用域，可以通过它启动、取消、管理多个协程。

CoroutineContext 中包含的元素可以是调度器、监视器、异常处理器等，它们共同组成了一个完整的协程上下文。

借用下朱涛大神的图片理解下协程上下文：

一. 关于CoroutineContext 的一些介绍**

1.获取 CoroutineContext

val context = coroutineContext

可以通过调用 coroutineContext 扩展函数，获取当前协程的 CoroutineContext。

2.使用 CoroutineContext

withContext(Dispatchers.IO + Job()) {
    // 这里是使用了新CoroutineContext的执行代码块
}

使用 withContext() 函数切换了协程的执行上下文，同时将一个新的 Job 对象添加到了当前上下文中。

3.继承 AbstractCoroutineContextElement 抽象类实现自己的 CoroutineContext, 例如CoroutineDispatcher

public abstract class CoroutineDispatcher : AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor), ContinuationInterceptor {}

public interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {}

• 由此可见，Dispatcher 实际上就是 CoroutineContext。

也就可以理解上面 Dispatchers.IO + Job()用法了，归根到底他们都是同类型的，至于+ 号是kotlin 中的运算符重载 operator

4.协程上下文的继承关系

当启动一个新的协程时，会从当前协程的 CoroutineContext 中派生出一个新的 CoroutineContext，其继承关系与普通的类继承关系类似。新的 CoroutineContext 会继承所有父级 CoroutineContext 中的元素，同时也可以添加、替换或删除元素。

二. 协程上下文中的调度器 DefaultDispatcher

DefaultDispatcher 是 Kotlin 协程中默认的调度器，并且是协程上下文中的一种元素，其作用是协调协程的执行。它提供了通用的线程池来执行并发操作，并保证协程的切换和调度。
协程上下文中的调度器决定了协程的执行运行在哪个线程，使用哪个线程池来管理其任务。因此，调度器对于协程的性能和稳定性具有非常重要的影响，DefaultDispatcher 作为协程上下文中的默认调度器，提供了一个合适的默认配置，可以满足大部分场景的需要。

我们可以通过使用 withContext 函数来创造一个包含 DefaultDispatcher 的协程上下文，如下所示：

    suspend fun exampleFunction() = withContext(Dispatchers.Default) {
        // 协程上下文中的代码执行于 DefaultDispatcher 线程池中
    }

我们在使用withContext指定线程池之后Lambda中的代码就会被分发到 DefaultDispatcher 线程池中去执行，而它外部的所有代码仍然还是运行在 main 之上。

除了Dispatchers.Default，Kotlin中还内置了其他几种 Dispatcher：

• Dispatchers.Default：在 Kotlin 协程中，如果没有明确指定调度器，那么就会使用 DefaultDispatcher，它采用的是线程池技术，线程数量并不是固定的，而是根据需要动态地进行调整。DefaultDispatcher 适合于 CPU 密集型任务，如果不确定使用哪个调度器，就可以考虑使用默认的 DefaultDispatcher。
• Dispatchers.Unconfined：代表无所谓，当前协程可能运行在任意线程之上，慎用!!!
• Dispatchers.IO：IO 调度器适合于 I/O 密集型任务，它会创建一个线程池来执行 I/O 操作，线程池中的线程数量是固定的，一般是大于等于 CPU 核心数量的。具体线程的数量我们可以通过参数来配置：kotlinx.coroutines.io.parallelism。
• Dispatchers.Main:它只在 UI 编程平台才有意义，在 Android、Swing 之类的平台上，一般只有 Main 线程才能用于 UI 绘制。这个 Dispatcher 在普通的 JVM 工程当中，是无法直接使用的。

三. 协程作用域 CoroutineScope

在 Kotlin 协程中，CoroutineScope 是一个核心概念。它用于管理协程的生命周期、范围和作用域，可以让我们方便地控制协程的启动、取消、异常处理等操作。

//CoroutineScope 源码
public interface CoroutineScope {
    public val coroutineContext: CoroutineContext
}

由上面CoroutineScope 源码可以看出，它只包含唯一的元素CoroutineContext，所以它只是对 CoroutineContext 做了一层封装而已，它的核心能力其实都来自于 CoroutineContext。

下面是一个使用 CoroutineScope 使用并管理协程的简单示例：

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private val coroutineScope = CoroutineScope(SupervisorJob() + Dispatchers.Main)

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)

        coroutineScope.launch {
            try {
                // 并发执行两个网络请求并等待它们的结果
                val data1 = async { getDataFromServer1() }.await()
                val data2 = async { getDataFromServer2() }.await()

                // 将请求结果展示到界面上
                showData(data1, data2)

            } catch (e: Exception) {
                // 处理异常
                showErrorToast()
            }
        }
    }

    private suspend fun getDataFromServer1(): Data {
        // 发起网络请求获取第一个数据
        // ...
    }
    
    private suspend fun getDataFromServer2(): Data {
        // 发起网络请求获取第二个数据
        // ...
    }

    private fun showData(data1: Data, data2: Data) {
        // 将两个请求的结果展示到界面上
        // ...
    }

    private fun showErrorToast() {
        // 显示错误提示
        // ...
    }

    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        // 取消所有协程的执行
        coroutineScope.cancel()
    }
}

在上面代码中使用了 SupervisorJob() 来创建了一个具有容错能力的协程范围，该协程范围可以避免一个子协程的异常影响到其他子协程的执行。
在 onDestroy 方法中调用了 cancel 方法来取消所有协程的执行。可以避免内存泄漏和其他潜在问题。

• So 我们知道了 CoroutineScope 最大的作用，就是可以方便我们批量控制协程。

四. 协程上下文中的异常处理 CoroutineExceptionHandler

CoroutineExceptionHandler 是一个异常处理器接口，可以使用它来处理协程中发生的未捕获异常。
CoroutineExceptionHandler 示例代码：

val handler = CoroutineExceptionHandler { _, exception ->
    // 在这里处理异常，例如打印日志或将异常崩溃信息上传到服务器
    Log.e("CoroutineExceptionHandler", "Caught an exception: $exception")
}

GlobalScope.launch(handler) {
    // 在这里执行协程，可以在协程中抛出异常
    throw NullPointerException("Something went wrong!")
}

上面示例为一个全局作用域的异常处理器，除了全局作用域的异常处理器外，我们还可以使用局部作用域的异常处理器。例如：

val handler = CoroutineExceptionHandler { _, exception ->
    // 在这里处理异常，例如打印日志或将异常崩溃信息上传到服务器
    Log.e("CoroutineExceptionHandler", "Caught an exception: $exception")
}

val coroutineScope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + handler)

coroutineScope.launch {
    // 在这里执行协程，可以在协程中抛出异常
    throw NullPointerException("Something went wrong!")
}

需要注意的是，异常处理器只能用于处理未捕获的异常，如果在协程内部使用 try-catch 语句捕获了异常，则异常处理器无法捕获到这些异常。

在并发场景下，多个协程可能同时崩溃，导致多个异常同时传播到父协程的异常处理器中，这时需要使用 SupervisorJob 或 supervisorScope 来处理这种情况。这些方法可以保证当子协程发生异常时，只有它本身会失败，而不会影响其他兄弟协程的执行，确保协程层次结构的稳定性。

协程的内部异常处理结合它结构化并发的特点（子协程崩溃如果当前协程未捕获异常的话会继续向上抛出，直到被捕获或程序崩溃），其实要想彻底搞懂，还是挺困难的，这也是它不被广泛开发者使用和接受的原因之一吧！想进一步了解协程异常处理的机制，如上面提到的 SupervisorJob 和 supervisorScope 可以单独了解下。