第三部分：函数式编程与并发

第 12 章：协程基础

12.1 什么是协程？为什么使用协程？

1. 协程的概念

协程（Coroutine）是 Kotlin 提供的一种轻量级的并发编程模型，用于简化异步和非阻塞代码的编写。与传统线程不同，协程通过挂起（suspend）和恢复（resume）机制实现任务的协作式调度，避免了线程切换的开销。

  • 轻量级：一个线程可以运行多个协程，协程的创建和切换成本远低于线程。
  • 非阻塞：通过挂起函数（suspend）实现异步操作，避免回调地狱。
  • 结构化并发：通过作用域（CoroutineScope）管理协程的生命周期，防止资源泄漏。

2. 为什么使用协程？

在传统异步编程中，开发者通常面临以下问题：

  • 回调地狱：嵌套的回调函数导致代码难以维护（如 Android 中的 AsyncTask 或网络请求回调）。
  • 线程管理复杂：手动创建和管理线程池容易引发资源浪费或线程泄漏。
  • 同步困难：多线程共享数据时需要复杂的锁机制。

协程通过以下特性解决这些问题：

  • 顺序编写异步代码：用同步的方式写异步逻辑，例如：
    suspend fun fetchData() {
    val data = api.getData() // 挂起函数，不阻塞线程
    showData(data) // 回到主线程执行
}
  • 自动线程切换：通过调度器（如 Dispatchers.IO、Dispatchers.Main）指定协程运行的线程。
  • 取消支持：协程作用域取消时，所有子协程会自动取消。

3. 协程与线程的对比

特性协程线程
创建成本极低（内存占用约几十字节）高（默认栈大小 1MB）
切换开销无系统调用，仅挂起/恢复需要内核介入，成本高
并发数量单线程可运行数千协程受限于硬件和操作系统
同步机制通过结构化并发避免竞态条件需手动加锁（如 synchronized）

4. 适用场景

  • I/O 密集型任务：网络请求、文件读写。
  • UI 编程：Android 主线程更新 UI。
  • 并发任务组合：并行请求多个接口后合并结果。

5. 简单示例

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking { // 启动一个协程作用域
    launch { // 在后台启动一个新协程
        delay(1000L) // 非阻塞延迟 1 秒
        println("World!")
    }
    println("Hello,") // 主协程继续执行
}

输出：

Hello,  
World!

关键点：协程通过 suspend 机制让开发者以同步代码风格实现异步逻辑，同时提供高效的资源管理和错误处理机制。

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