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Kotlin协程Job生命周期结构化并发详解

概述

Kotlin协程是一种非阻塞式的并发处理机制，它可以极大地简化并发编程。其中一个核心概念就是协程的Job，Job代表了协程的执行任务。在实际使用中，Job可以用来管理和控制协程的生命周期以及取消协程的执行。

本文将详细讲解Kotlin协程Job的生命周期、结构化并发等相关内容。同时，也会通过代码示例来阐述相关概念及其使用方法。

Job的基本操作

在协程中创建一个Job的方式通常有两种，一种是使用launch函数创建一个新的协程，并返回一个Job类型的对象；另一种是使用async函数创建一个新的协程，也返回一个Job类型的对象。不过，带有返回值的协程应该使用async函数。

创建Job

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    val job = Job()
    val deferred = async(start = CoroutineStart.LAZY) {
        delay(1000L)
        println("World!")
    }
    println("Hello,")
    deferred.start()
    delay(2000L)
    println("wait for me")
    job.cancel()
    println("cancelled")
}

在上面的示例中，我们通过 Job() 函数创建了一个新的Job实例，并赋值给 job 变量。

同时我们也使用了 async 函数创建了一个新的协程，不过在这里我们设置了 start = CoroutineStart.LAZY ，意味着只有在调用 start() 函数时才会开始执行。我们在 deferred.start() 中调用该函数。

最后我们在 delay(2000L) 的位置设置了一个延迟时间，然后使用 job.cancel() 函数来取消该协程的执行。由于 deferred 协程处于挂起函数中，因此其 cancel() 函数不一定会立即生效，所以在执行 job.cancel() 函数时不一定能够成功取消协程的执行。

等待Job执行结束

我们还可以使用 job.join() 函数等待该Job对象的执行结束。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    val job = launch {
        delay(1000L)
        println("World!")
    }
    println("Hello,")
    job.join()
    println("wait for me")
}

在上面的示例中，我们通过 launch 函数创建了一个新的协程，并返回其使用 job 变量。在协程开始执行后，我们使用 job.join() 函数等待该协程的执行结束。最后，我们将会打印出 World! 和提示信息 wait for me。

获取Job的状态

我们还可以通过 job.isActive 函数获取Job的状态。对于处于激活状态（即正在执行的）的Job来说， isActive 函数返回 true；而对于已经取消或执行结束的Job来说， isActive 函数返回 false。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    val job = launch {
        delay(1000L)
        println("World!")
    }
    println("Hello,")
    println("isActive: ${job.isActive}")
    job.join()
    println("isActive: ${job.isActive}")
    println("wait for me")
}

在上面的示例中，我们首先打印出 Hello, 和当前 job 的状态。在协程执行结束后，我们再次打印出当前 job 的状态（此时 isActive 函数应该返回 false）。最后我们将会输出提示信息 wait for me。

结构化并发

结构化并发是指通过在父协程的作用域内启动子协程，从而使得所有子协程能够被自动地取消。

在Kotlin协程中，我们可以通过以下三种方式来实现结构化并发：

使用launch函数

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    launch {
        delay(200L)
        println("Task from runBlocking")
    }

    coroutineScope {
        launch {
            delay(500L)
            println("Task from nested launch")
        }

        delay(100L)
        println("Task from coroutine scope")
    }

    println("Coroutine scope is over")
}

在上面的示例中，我们使用 launch 函数启动了一个新的协程，并在协程中打印了一句话作为任务。

接着，在 coroutineScope 函数中我们又启动了另一个新的协程（使用 launch 函数）。该协程需要延迟执行，因此我们在其中使用了 delay 函数。

最后，在 coroutineScope 函数结束后，我们将会输出提示信息 Coroutine scope is over。

注意，在使用 coroutineScope 函数时，我们需要将其放置在某个协程的作用域内，否则会出现编译错误。

使用async函数

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    val deferred = async {
        delay(500L)
        println("Task from async")
        666
    }

    coroutineScope {
        launch {
            delay(1000L)
            println("Task from nested launch")
        }

        delay(600L)

        println("deferred result: ${deferred.await()}")
    }

    println("Coroutine scope is over")
}

在上面的示例中，我们使用 async 函数启动了一个带有返回值的协程，并在协程中打印了一句话作为任务，最后将 Int 类型的结果 666 作为返回值。

接着，在 coroutineScope 函数中我们又启动了一个新的协程（使用 launch 函数），并将其延迟执行了 1000L 毫秒。接着我们在其中也设置了一个 delay 函数，用来延长协程的执行时间。

最后，在 coroutineScope 函数结束后，我们通过 deferred.await() 函数来获取协程的返回值，并打印出该结果。

需要注意的是， await 函数必须放置在挂起函数或其他协程的作用域内部使用。

在重构中使用结构化并发

在进行重构时，我们可以使用结构化并发的方式给协程分层级。这样，就可以重构一些比较混乱的代码，使其更加清晰易懂。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking<Unit> {
    launch {
        doWorld()
    }

    println("Hello,")
}

suspend fun doWorld() {
    coroutineScope {
        launch {
            delay(1000L)
            println("World 1!")
        }

        launch {
            delay(3000L)
            println("World 2!")
        }
    }
}

在上面的示例中，我们首先使用 launch 函数启动了一个新的协程，该协程需要调用 doWorld() 函数进行任务的处理。

在 doWorld() 函数中，我们使用了 coroutineScope 函数并在其中启动了两个新的协程，分别负责输出 World 1! 和 World 2!。需要注意的是，两个协程的执行时间不同，其中一个需要等待 3000L 毫秒。

最后，在 coroutineScope 函数结束后，我们将会输出提示信息 Hello,。