Kotlin协程launch启动流程原理详解

目录

• 1.launch启动流程
• 反编译后的Java代码
• 2.协程是如何被启动的

1.launch启动流程

已知协程的启动方式之一是Globalscope.launch，那么Globalscope.launch的流程是怎样的呢，直接进入launch的源码开始看起。

fun main() {
    coroutineTest()
    Thread.sleep(2000L)
}
val block = suspend {
    println("Hello")
    delay(1000L)
    println("Kotlin")
}
private fun coroutineTest() {
    CoroutineScope(Job()).launch {
        withContext(Dispatchers.IO) {
            block.invoke()
        }
    }
}

反编译后的Java代码

public final class CoroutineDemoKt {
   @NotNull
   private static final Function1 block;
   public static final void main() {
      coroutineTest();
      Thread.sleep(2000L);
   }
   // $FF: synthetic method
   public static void main(String[] var0) {
      main();
   }
   @NotNull
   public static final Function1 getBlock() {
      return block;
   }
   private static final void coroutineTest() {
      BuildersKt.launch$default(CoroutineScopeKt.CoroutineScope((CoroutineContext)JobKt.Job$default((Job)null, 1, (Object)null)), (CoroutineContext)null, (CoroutineStart)null, (Function2)(new Function2((Continuation)null) {
         int label;
         @Nullable
         public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
            Object var2 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
            switch(this.label) {
            case 0:
               ResultKt.throwOnFailure($result);
               CoroutineContext var10000 = (CoroutineContext)Dispatchers.getIO();
               Function2 var10001 = (Function2)(new Function2((Continuation)null) {
                  int label;
                  @Nullable
                  public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
                     Object var2 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
                     switch(this.label) {
                     case 0:
                        ResultKt.throwOnFailure($result);
                        Function1 var10000 = CoroutineDemoKt.getBlock();
                        this.label = 1;
                        if (var10000.invoke(this) == var2) {
                           return var2;
                        }
                        break;
                     case 1:
                        ResultKt.throwOnFailure($result);
                        break;
                     default:
                        throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
                     }
                     return Unit.INSTANCE;
                  }
                  @NotNull
                  public final Continuation create(@Nullable Object value, @NotNull Continuation completion) {
                     Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
                     Function2 var3 = new <anonymous constructor>(completion);
                     return var3;
                  }
                  public final Object invoke(Object var1, Object var2) {
                     return ((<undefinedtype>)this.create(var1, (Continuation)var2)).invokeSuspend(Unit.INSTANCE);
                  }
               });
               this.label = 1;
               if (BuildersKt.withContext(var10000, var10001, this) == var2) {
                  return var2;
               }
               break;
            case 1:
               ResultKt.throwOnFailure($result);
               break;
            default:
               throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
            }
            return Unit.INSTANCE;
         }
         @NotNull
         public final Continuation create(@Nullable Object value, @NotNull Continuation completion) {
            Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
            Function2 var3 = new <anonymous constructor>(completion);
            return var3;
         }
         public final Object invoke(Object var1, Object var2) {
            return ((<undefinedtype>)this.create(var1, (Continuation)var2)).invokeSuspend(Unit.INSTANCE);
         }
      }), 3, (Object)null);
   }
   static {
      Function1 var0 = (Function1)(new Function1((Continuation)null) {
         int label;
         @Nullable
         public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
            Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
            String var2;
            switch(this.label) {
            case 0:
               ResultKt.throwOnFailure($result);
               var2 = "Hello";
               System.out.println(var2);
               this.label = 1;
               if (DelayKt.delay(1000L, this) == var3) {
                  return var3;
               }
               break;
            case 1:
               ResultKt.throwOnFailure($result);
               break;
            default:
               throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
            }
            var2 = "Kotlin";
            System.out.println(var2);
            return Unit.INSTANCE;
         }
         @NotNull
         public final Continuation create(@NotNull Continuation completion) {
            Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
            Function1 var2 = new <anonymous constructor>(completion);
            return var2;
         }
         public final Object invoke(Object var1) {
            return ((<undefinedtype>)this.create((Continuation)var1)).invokeSuspend(Unit.INSTANCE);
         }
      });
      block = var0;
   }
}

先分析一下上面代码的流程：

• 首先声明了一个Function1类型的block变量，这个变量就是demo中的block，然后会在static函数中会被赋值。
• 接下来就是coroutineTest函数的调用。这个函数中的第一行代码就是CoroutineScope的传参和一些默认值
• 然后通过89行的invoke进入到了外层状态机流转的过程
• 95行的static表示的是内部的挂起函数就是demo中的block.invoke，它是以匿名内部类的方式实现，然后执行内部的状态机流转过程，最后给block赋值。
• block被赋值后最终在Function1 var10000 = CoroutineDemoKt.getBlock();被调用

那么这个过程又是如何实现的，进入launch源码进行查看：

public fun CoroutineScope.launch(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job {
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else
        StandaloneCoroutine(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}

这里的block指的就是demo中的block代码段

再来看一下里面的几行代码的含义：

• newCoroutineContext： 通过默认的或者传入的context创建一个新的Context；
• coroutine： launch 会根据传入的启动模式来创建对应的协程对象。这里有两种，一种是标准的，一种是懒加载的。
• coroutine.start： 尝试启动协程

2.协程是如何被启动的

通过launch的源码可知协程的启动是通过coroutine.start启动的，那么协程的启动流程又是怎样的？

public abstract class AbstractCoroutine<in T>(
    parentContext: CoroutineContext,
    initParentJob: Boolean,
    active: Boolean
) : JobSupport(active), Job, Continuation<T>, CoroutineScope {
    ...
    /**
     * 用给定的代码块启动这个协程并启动策略。这个函数在这个协程上最多调用一次。
     */
    public fun <R> start(start: CoroutineStart, receiver: R, block: suspend R.() -> T) {
        start(block, receiver, this)
    }
}

start函数中传入了三个参数，只需要关注第一个参数即可。

public enum class CoroutineStart {
    ...
    /**
     * 用这个协程的启动策略启动相应的块作为协程。
     */
    public operator fun <T> invoke(block: suspend () -> T, completion: Continuation<T>): Unit =
    when (this) {
        DEFAULT -> block.startCoroutineCancellable(completion)
        ATOMIC -> block.startCoroutine(completion)
        UNDISPATCHED -> block.startCoroutineUndispatched(completion)
        LAZY -> Unit // will start lazily
    }
}

启动策略的具体实现有三种方式，这里只需要分析startCoroutine，另外两个其实就是它的基础上增加了一些功能，其中前者代表启动协程以后可以在等待调度时取消，后者表示协程启动后不会被分发。

/**
 * 创建没有接收方且结果类型为T的协程，这个函数每次调用时都会创建一个新的可挂起的实例。
 */
public fun <T> (suspend () -> T).startCoroutine(
    completion: Continuation<T>
) {
    createCoroutineUnintercepted(completion).intercepted().resume(Unit)
}

createCoroutineUnintercepted在源代码中只是一个声明，它的具体实现是在IntrinsicsJvm.kt文件中。

//IntrinsicsJvm.kt#createCoroutineUnintercepted
/**
 * 创建没有接收方且结果类型为T的非拦截协程。这个函数每次调用时都会创建一个新的可挂起的实例。
 */
public actual fun <T> (suspend () -> T).createCoroutineUnintercepted(
    completion: Continuation<T>
): Continuation<Unit> {
    val probeCompletion = probeCoroutineCreated(completion)
    return if (this is BaseContinuationImpl)
        create(probeCompletion)
    else
        createCoroutineFromSuspendFunction(probeCompletion) {
            (this as Function1<Continuation<T>, Any?>).invoke(it)
        }
}

actual代表了 createCoroutineUnintercepted() 在 JVM 平台的实现。

createCoroutineUnintercepted是一个扩展函数，接收者类型是一个无参数，返回值为 T 的挂起函数或者 Lambda。

第9行代码中的this代表的是(suspend () -> T)也就是invoke函数中的block变量，这个block变量就是demo中的block代码段。

第9行的BaseContinuationImpl是一个抽象类它实现了Continuation。

关于if (this is BaseContinuationImpl)的结果暂且不分析，先分析两种情况下的create函数：

• create(probeCompletion)：

//ContinuationImpl.kt#create
public open fun create(completion: Continuation<*>): Continuation<Unit> {
    throw UnsupportedOperationException("create(Continuation) has not been overridden")
}
public open fun create(value: Any?, completion: Continuation<*>): Continuation<Unit> {
    throw UnsupportedOperationException("create(Any?;Continuation) has not been overridden")
}

这个create函数抛出一个异常，意思就是这个create()没有被重写，而这个create()的重写就是在反编译后的Java代码中的create函数

@NotNull
public final Continuation create(@Nullable Object value, @NotNull Continuation completion) {
    Intrinsics.checkNotNullParameter(completion, "completion");
    Function2 var3 = new <anonymous constructor>(completion);
    return var3;
}

• createCoroutineFromSuspendFunction(probeCompletion)：

//IntrinsicsJvm.kt#createCoroutineFromSuspendFunction
/**
 * 当一个被suspend修饰的lambda表达式没有继承BaseContinuationImpl类时，则通过此方法创建协程。
 *
 * 它发生在两种情况下:
 * 1.lambda表达式中调用了其他的挂起方法
 * 2.挂起方法是通过Java实现的
 *
 * 必须将它封装到一个扩展[BaseContinuationImpl]的实例中，因为这是所有协程机制的期望。
 */
private inline fun <T> createCoroutineFromSuspendFunction(
	completion: Continuation<T>,
	crossinline block: (Continuation<T>) -> Any?
		): Continuation<Unit> {
	val context = completion.context
	// context为空创建一个受限协程
	return if (context === EmptyCoroutineContext)
	//受限协程：只能调用协程作用域中提供的挂起方式挂起，其他挂起方法不能调用
	object : RestrictedContinuationImpl(completion as Continuation<Any?>) {
		private var label = 0
		override fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any? =
		when (label) {
			0 -> {
				label = 1
				result.getOrThrow() // 如果试图以异常开始，则重新抛出异常(将被BaseContinuationImpl.resumeWith捕获)
				block(this) // 运行块，可以返回或挂起
			}
			1 -> {
				label = 2
				result.getOrThrow() // 这是block挂起的结果
			}
			else -> error("This coroutine had already completed")
		}
	}
	else
	//创建一个正常的协程
	object : ContinuationImpl(completion as Continuation<Any?>, context) {
		private var label = 0
		override fun invokeSuspend(result: Result<Any?>): Any? =
		when (label) {
			0 -> {
				label = 1
				result.getOrThrow() // 如果试图以异常开始，则重新抛出异常(将被BaseContinuationImpl.resumeWith捕获)
				block(this) // 运行块，可以返回或挂起
			}
			1 -> {
				label = 2
				result.getOrThrow() // 这是block挂起的结果
			}
			else -> error("This coroutine had already completed")
		}
	}
}

createCoroutineFromSuspendFunction就是当一个被suspend修饰的Lambda表达式没有继承BaseContinuationImpl是才会被调用，然后根据上下文是否为空创建不同类型的协程。

两种情况都已经分析完了，那么现在if (this is BaseContinuationImpl)会执行哪一个呢，首先这里的this所指的就是demo中的block代码段，Kotlin编译器编译后会自动生成一个类就是上面的static，它会继承SuspendLambda类，而这个SuspendLambda类继承自ContinuationImpl，ContinuationImpl继承自BaseContinuationImpl，因此可以得到判断结果为true，

createCoroutineUnintercepted的过程就是协程创建的过程。

然后就是intercepted函数，这个函数的具体实现也在IntrinsicsJvm.kt中，那么intercepted又做了什么呢

public expect fun <T> Continuation<T>.intercepted(): Continuation<T>
//具体实现
//IntrinsicsJvm.kt#intercepted
public actual fun <T> Continuation<T>.intercepted(): Continuation<T> =
    (this as? ContinuationImpl)?.intercepted() ?: this

首先有个强转，通过上面的分析这个强转是一定会成功的，到这里intercepted就进入到了ContinuationImpl中了

internal abstract class ContinuationImpl(
    completion: Continuation<Any?>?,
    private val _context: CoroutineContext?
) : BaseContinuationImpl(completion) {
	...
    @Transient
    private var intercepted: Continuation<Any?>? = null
	//如果没有缓存，则从上下文获取拦截器，调用interceptContinuation进行拦截
	//将获取到的内容保存到全局变量
    public fun intercepted(): Continuation<Any?> =
        intercepted
            ?: (context[ContinuationInterceptor]?.interceptContinuation(this) ?: this)
                .also { intercepted = it }
}

这里的ContinuationInterceptor指的就是Demo中传输的Dispatcher.IO，默认值时Dispatcher.Default。

再回到startContinue中还剩最后一个resume：

/**
 * 恢复执行相应的协程传递值作为最后一个挂起点的返回值。
 */
public inline fun <T> Continuation<T>.resume(value: T): Unit =
	resumeWith(Result.success(value))
public interface Continuation<in T> {
	/**
     * 与此延续相对应的协程的上下文。
     */
	public val context: CoroutineContext
	/**
     * 恢复执行相应的协程传递值作为最后一个挂起点的返回值。
     */
	public fun resumeWith(result: Result<T>)
}

这里的resume(Unit)作用就相当与启动了一个协程。

上面的启动流程中为了方便分析的是CoroutineStart.ATOMIC,而默认的是CoroutineStart.DEFAULT，下面分析一下DEFAULT的流程

//Cancellable.kt#startCoroutineCancellable
public fun <T> (suspend () -> T).startCoroutineCancellable(completion: Continuation<T>): Unit = runSafely(completion) {
    createCoroutineUnintercepted(completion).intercepted().resumeCancellableWith(Result.success(Unit))
}

startCoroutineCancellable对于协程的创建和拦截与ATOMIC是一样的，区别就在于resumeCancellableWith

//DispatchedContinuation#resumeCancellableWith
public fun <T> Continuation<T>.resumeCancellableWith(
	result: Result<T>,
	onCancellation: ((cause: Throwable) -> Unit)? = null
): Unit = when (this) {
	is DispatchedContinuation -> resumeCancellableWith(result, onCancellation)
	else -> resumeWith(result)
}
// 我们内联它来保存堆栈上的一个条目，在它显示的情况下(无限制调度程序)
// 它只在Continuation<T>.resumeCancellableWith中使用
@Suppress("NOTHING_TO_INLINE")
inline fun resumeCancellableWith(
	result: Result<T>,
	noinline onCancellation: ((cause: Throwable) -> Unit)?
		) {
	val state = result.toState(onCancellation)
	//是否需要分发
	if (dispatcher.isDispatchNeeded(context)) {
		_state = state
		resumeMode = MODE_CANCELLABLE
		//将可运行块的执行分派给给定上下文中的另一个线程
		dispatcher.dispatch(context, this)
	} else {
		executeUnconfined(state, MODE_CANCELLABLE) {
			//协程未被取消
			if (!resumeCancelled(state)) {
				// 恢复执行
				resumeUndispatchedWith(result)
			}
		}
	}
}
//恢复执行前判断协程是否已经取消执行
inline fun resumeCancelled(state: Any?): Boolean {
	//获取当前协程任务
	val job = context[Job]
	//如果不为空且不活跃
	if (job != null && !job.isActive) {
		val cause = job.getCancellationException()
		cancelCompletedResult(state, cause)
		//抛出异常
		resumeWithException(cause)
		return true
	}
	return false
}
//我们需要内联它来在堆栈中保存一个条目
inline fun resumeUndispatchedWith(result: Result<T>) {
	withContinuationContext(continuation, countOrElement) {
		continuation.resumeWith(result)
	}
}

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