Kotlin协程：续体、续体拦截器、调度器

一.Continuation

    Continuation接口是协程中最核心的接口，代表着挂起点之后的续体，代码如下：

public interface Continuation<in T> {
    
    // 续体的上下文
    public val context: CoroutineContext

    // 该方法用于恢复续体的执行
    // result为挂起点执行完成的返回值，T为返回值的类型
    public fun resumeWith(result: Result<T>)
}

1.Continuation图解

二.ContinuationInterceptor

    ContinuationInterceptor接口继承自Element接口，是协程中的续体拦截器，代码如下：

public interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {
    
    // 拦截器的Key
    companion object Key : CoroutineContext.Key<ContinuationInterceptor>
    
    // 拦截器对续体进行拦截时会调用该方法，并对continuation进行缓存
    // 拦截判断：根据传入的continuation对象与返回的continuation对象是否相同
    public fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T>
    
    // 当interceptContinuation方法拦截的协程执行完毕后，会调用该方法
    public fun releaseInterceptedContinuation(continuation: Continuation<*>) {
    
        /* do nothing by default */
    }

    // get方法多态实现
    public override operator fun <E : CoroutineContext.Element> get(key: CoroutineContext.Key<E>): E? {
    
        @OptIn(ExperimentalStdlibApi::class)
        if (key is AbstractCoroutineContextKey<*, *>) {
    
            @Suppress("UNCHECKED_CAST")
            return if (key.isSubKey(this.key)) key.tryCast(this) as? E else null
        }
        @Suppress("UNCHECKED_CAST")
        return if (ContinuationInterceptor === key) this as E else null
    }

    // minusKey方法多态实现
    public override fun minusKey(key: CoroutineContext.Key<*>): CoroutineContext {
    
        @OptIn(ExperimentalStdlibApi::class)
        if (key is AbstractCoroutineContextKey<*, *>) {
    
            return if (key.isSubKey(this.key) && key.tryCast(this) != null) EmptyCoroutineContext else this
        }
        return if (ContinuationInterceptor === key) EmptyCoroutineContext else this
    }
}

三.CoroutineDispatcher

    CoroutineDispatcher类继承自AbstractCoroutineContextElement类，实现了ContinuationInterceptor接口，是协程调度器的基类，代码如下：

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

    // ContinuationInterceptor的多态实现，调度器本质上就是拦截器
    @ExperimentalStdlibApi
    public companion object Key : AbstractCoroutineContextKey<ContinuationInterceptor, CoroutineDispatcher>(
        ContinuationInterceptor,
        {
     it as? CoroutineDispatcher })
        
    // 用于判断调度器是否要调用dispatch方法进行调度，默认为true
    public open fun isDispatchNeeded(context: CoroutineContext): Boolean = true
    
    // 调度的核心方法，在这里进行调度，执行block
    public abstract fun dispatch(context: CoroutineContext, block: Runnable)
    
    // 如果调度是由Yield方法触发的，默认通过dispatch方法实现
    @InternalCoroutinesApi
    public open fun dispatchYield(context: CoroutineContext, block: Runnable): Unit = dispatch(context, block)
    
    // ContinuationInterceptor接口的方法，将续体包裹成DispatchedContinuation，并传入当前调度器
    public final override fun <T> interceptContinuation(continuation: Continuation<T>): Continuation<T> =
        DispatchedContinuation(this, continuation)

    // 释放父协程与子协程的关联。
    @InternalCoroutinesApi
    public override fun releaseInterceptedContinuation(continuation: Continuation<*>) {
    
        (continuation as DispatchedContinuation<*>).reusableCancellableContinuation?.detachChild()
    }

    // 重载了"+"操作，直接返回others
    // 因为两个调度器相加没有意义，同一个上下文中只能有一个调度器
    // 如果需要加的是调度器对象，则直接替换成最新的，因此直接返回
    public operator fun plus(other: CoroutineDispatcher): CoroutineDispatcher = other

    override fun toString(): String = "$classSimpleName@$hexAddress"
}

四.EventLoop

    EventLoop类继承自CoroutineDispatcher类，用于协程中任务的分发执行，只在runBlocking方法中和Dispatchers.Unconfined调度器中使用。与Handler中的Looper类似，在创建后会存储在当前线程的ThreadLocal中。EventLoop本身不支持延时执行任务，如果需要可以自行继承EventLoop并实现Delay接口，EventLoop中预留了一部分变量和方法用于延时需求的扩展。

    为什么协程需要EventLoop呢？协程的本质是续体传递，而续体传递的本质是回调，假设在Dispatchers.Unconfined调度下，要连续执行多个suspend方法，就会有多个续体传递，假设suspend方法达到一定数量后，就会造成StackOverflow，进而引起崩溃。同样的，我们知道调用runBlocking会阻塞当前线程，而runBlocking阻塞的原理就是执行“死循环”，因此需要在循环中做任务的分发，去执行内部协程在Dispatchers.Unconfined调度器下加入的任务。

    EventLoop代码如下：

internal abstract class EventLoop : CoroutineDispatcher() {
    
    // 用于记录使用当前EventLoop的runBlocking方法和Dispatchers.Unconfined调度器的数量
    private var useCount = 0L

    // 表示当前的EventLoop是否被暴露给其他的线程
    // runBlocking会将EventLoop暴露给其他线程
    // 因此，当runBlocking使用时，shared必须为true
    private var shared = false

    // Dispatchers.Unconfined调度器的任务执行队列
    private var unconfinedQueue: ArrayQueue<DispatchedTask<*>>? = null
    
    // 处理任务队列的下一个任务，该方法只能在EventLoop所在的线程调用
    // 返回值<=0，说明立刻执行下一个任务
    // 返回值>0，说明等待这段时间后，执行下一个任务
    // 返回值为Long.MAX_VALUE，说明队列里没有任务了 
    public open fun processNextEvent(): Long {
    
        if (!processUnconfinedEvent()) return Long.MAX_VALUE
        return 0
    }
    
    // 队列是否为空
    protected open val isEmpty: Boolean get() = isUnconfinedQueueEmpty
    
    // 下一个任务多长时间后执行
    protected open val nextTime: Long
        get() {
    
            val queue = unconfinedQueue ?: return Long.MAX_VALUE
            return if (queue.isEmpty) Long.MAX_VALUE else 0L
        }
     
    // 任务的核心处理方法
    public fun processUnconfinedEvent(): Boolean {
    
        // 若队列为空，则返回
        val queue = unconfinedQueue ?: return false
        // 从队首取出一个任务，如果为空，则返回
        val task = queue.removeFirstOrNull() ?: return false
        // 执行
        task.run()
        return true
    }
    
    // 表示当前EventLoop是否可以在协程上下文中被调用
    // EventLoop本质上也是协程上下文
    // 如果EventLoop在runBlocking方法中使用，必须返回true
    public open fun shouldBeProcessedFromContext(): Boolean = false
    // 向队列中添加一个任务
    public fun dispatchUnconfined(task: DispatchedTask<*>) {
    
        // 若队列为空，则创建一个新的队列
        val queue = unconfinedQueue ?:
            ArrayQueue<DispatchedTask<*>>().also {
     unconfinedQueue = it }
        queue.addLast(task)
    }
    // EventLoop当前是否还在被使用
    public val isActive: Boolean
        get() = useCount > 0
    
    // EventLoop当前是否还在被Unconfined调度器使用
    public val isUnconfinedLoopActive: Boolean
        get() = useCount >= delta(unconfined = true)

    // 判断队列是否为空
    public val isUnconfinedQueueEmpty: Boolean
        get() = unconfinedQueue?.isEmpty ?: true
     
    // 下面三个方法用于计算使用当前的EventLoop的runBlocking方法和Unconfined调度器的数量
    // useCount是一个64位的数，
    // 它的高32位用于记录Unconfined调度器的数量，低32位用于记录runBlocking方法的数量
    private fun delta(unconfined: Boolean) =
        if (unconfined) (1L shl 32) else 1L

    fun incrementUseCount(unconfined: Boolean = false) {
    
        useCount += delta(unconfined)
        // runBlocking中使用，shared为true
        if (!unconfined) shared = true 
    }

    fun decrementUseCount(unconfined: Boolean = false) {
    
        useCount -= delta(unconfined)
        // 如果EventLoop还在被使用
        if (useCount > 0) return
        assert {
     useCount == 0L }
        // 如果EventLoop不被使用了，并且在EventLoop中使用过
        if (shared) {
    
            // 关闭相关资源，并在ThreadLocal中移除
            shutdown()
        }
    }

    protected open fun shutdown() {
    }
}

    协程中提供了EventLoopImplBase类，间接继承自EventLoop，实现了Delay接口，用来延时执行任务。同时，协程中还提供单例对象ThreadLocalEventLoop用于EventLoop在ThreadLocal中的存储。