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Android協(xié)程作用域與序列發(fā)生器限制介紹梳理_Android

作者：LeeDuo. ? 更新時間： 2022-10-22 編程語言

一.受限協(xié)程作用域

在協(xié)程的基礎與使用中提到，可以通過sequence方法構建一個序列發(fā)生器。但當在sequence方法中調用除了yield方法與yieldAll方法以外的其他掛起方法時，就會報錯。比如在sequence方法中調用delay方法，就會產生下面的報錯提示：

翻譯過來大致是“受限的掛起方法只能調用自身受限的協(xié)程作用域內的成員變量或掛起方法。這是什么意思呢？

1.sequence方法

sequence方法就是構建序列發(fā)生器用到的方法，內部通過Sequence方法實現(xiàn)，代碼如下：

@SinceKotlin("1.3")
public fun <T> sequence(@BuilderInference block: suspend SequenceScope<T>.() -> Unit): Sequence<T> = Sequence { iterator(block) }

其中參數(shù)block是一個在SequenceScope環(huán)境下的lambda表達式。

2.SequenceScope類

// 注意
@RestrictsSuspension
@SinceKotlin("1.3")
public abstract class SequenceScope<in T> internal constructor() {
    // 向迭代器中提供一個數(shù)值
    public abstract suspend fun yield(value: T)
    // 向迭代器中提供一組數(shù)值
    public abstract suspend fun yieldAll(iterator: Iterator<T>)
    // 向迭代器中提供Collection類型的一組數(shù)值
    public suspend fun yieldAll(elements: Iterable<T>) {
        if (elements is Collection && elements.isEmpty()) return
        return yieldAll(elements.iterator())
    }
    // 向迭代器中提供Sequence類型的一組數(shù)值
    public suspend fun yieldAll(sequence: Sequence<T>) = yieldAll(sequence.iterator())
}

SequenceScope類是一個獨立的抽象類，沒有繼承任何的類。它提供了四個方法，只要都是用來向外提供數(shù)值或對象。而該類成為受限協(xié)程作用域的關鍵在于該類被RestrictsSuspension注解修飾，代碼如下：

@SinceKotlin("1.3")
@Target(AnnotationTarget.CLASS)
@Retention(AnnotationRetention.BINARY)
public annotation class RestrictsSuspension

RestrictsSuspension注解用于修飾一個類或接口，表示該類是受限的。在被該注解修飾的類的擴展掛起方法中，只能調用該注解修飾的類中定義的掛起方法，不能調用其他類的掛起方法。

具體的，在sequence方法中，block就是SequenceScope類的擴展方法，因此在block中，只能使用SequenceScope類中提供的掛起方法——yield方法和yieldAll方法。同時，SequenceScope類的構造器被internal修飾，無法在外部被繼承，因此也就無法定義其他的掛起方法。

為什么受限協(xié)程作用域不允許調用其他的掛起方法呢？

因為當一個方法掛起協(xié)程時，會獲取協(xié)程的續(xù)體，同時協(xié)程需要等待方法執(zhí)行完畢后的回調，這意味著會暴露協(xié)程的續(xù)體。可能會造成掛起協(xié)程執(zhí)行的不確定性。

二.序列發(fā)生器

1.Sequence接口

首先來分析一下Sequence接口，代碼如下：

public interface Sequence<out T> {
    public operator fun iterator(): Iterator<T>
}

2.Sequence方法

在協(xié)程中，有一個與Sequence接口同名的方法，該方法用于返回一個實現(xiàn)了Sequence接口的對象，代碼如下：

@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T> Sequence(crossinline iterator: () -> Iterator<T>): Sequence<T> = object : Sequence<T> {
    override fun iterator(): Iterator<T> = iterator()
}

Sequence方法返回了一個匿名對象，并通過參數(shù)中的lambda表達式iterator實現(xiàn)了接口中的iterator方法。

從sequence方法的代碼可以知道，用于構建序列發(fā)生器的sequence方法內部調用了Sequence方法，同時還調用了iterator方法，將返回的Iterator對象，作為Sequence方法的參數(shù)。

3.iterator方法

@SinceKotlin("1.3")
public fun <T> iterator(@BuilderInference block: suspend SequenceScope<T>.() -> Unit): Iterator<T> {
    val iterator = SequenceBuilderIterator<T>()
    iterator.nextStep = block.createCoroutineUnintercepted(receiver = iterator, completion = iterator)
    return iterator
}

iterator方法內部創(chuàng)建了一個SequenceBuilderIterator對象，并且通過createCoroutineUnintercepted方法創(chuàng)建了一個協(xié)程，保存到了SequenceBuilderIterator對象的nextStep變量中。可以發(fā)現(xiàn)，序列發(fā)生器的核心實現(xiàn)都在SequenceBuilderIterator類中。

4.SequenceBuilderIterator類

SequenceBuilderIterator類是用于對序列發(fā)生器進行迭代，在該類的內部對狀態(tài)進行了劃分，代碼如下：

private typealias State = Int
// 沒有要發(fā)射的數(shù)據(jù)
private const val State_NotReady: State = 0
private const val State_ManyNotReady: State = 1
// 有要發(fā)射的數(shù)據(jù)
private const val State_ManyReady: State = 2
private const val State_Ready: State = 3
// 數(shù)據(jù)全部發(fā)射完畢
private const val State_Done: State = 4
// 發(fā)射過程中出錯
private const val State_Failed: State = 5

狀態(tài)轉移圖如下：

迭代器的初始狀態(tài)為State_NotReady，由于首次發(fā)射沒有數(shù)據(jù)，因此會進入State_Failed狀態(tài)。

State_Failed狀態(tài)會從序列發(fā)生器中獲取數(shù)據(jù)，如果是通過yield方法獲取的數(shù)據(jù)，則會進入State_Ready狀態(tài)，如果是通過yieldAll方法獲取的數(shù)據(jù)，則會進入State_ManyReady狀態(tài)。

當從序列發(fā)生器中獲取數(shù)據(jù)時，如果是在State_ManyReady和State_Ready狀態(tài)，則直接發(fā)射一個數(shù)據(jù)，對應的進入到State_ManyNotReady和State_NotReady狀態(tài)。如果是在State_ManyNotReady和State_NotReady狀態(tài)，則會判斷是否有數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)則對應進入到State_ManyReady和State_Ready狀態(tài)。如果沒有則進入到State_Failed狀態(tài)，獲取數(shù)據(jù)。

當序列發(fā)生器發(fā)射完畢時，會進入State_Done狀態(tài)。

接下來對SequenceBuilderIterator類進行分析。

1.SequenceBuilderIterator類的全局變量

SequenceBuilderIterator類繼承自SequenceScope類，實現(xiàn)了Iterator接口和Continuation接口。代碼如下：

private class SequenceBuilderIterator<T> : SequenceScope<T>(), Iterator<T>, Continuation<Unit> {
    // 迭代器的狀態(tài)
    private var state = State_NotReady
    // 迭代器下一個要發(fā)送的值
    private var nextValue: T? = null
    // 用于保存yieldAll方法傳入的迭代器
    private var nextIterator: Iterator<T>? = null
    // 用于獲取下一個數(shù)據(jù)的續(xù)體
    var nextStep: Continuation<Unit>? = null
    ...
    // 空的上下文
    override val context: CoroutineContext
        get() = EmptyCoroutineContext
}

為什么SequenceBuilderIterator類的上下文是空的呢？

因為SequenceBuilderIterator類繼承了SequenceScope類，因此該類也是受限的，因此不允許在類的擴展方法中調用類內以外的掛起方法。自然也就不能進行調度、攔截等操作，所以上下文為空。在協(xié)程中，受限協(xié)程的上下文一般都是空上下文。

2.yield方法與yieldAll方法

yield方法與yieldAll方法是SequenceScope類中定義的兩個方法，在SequenceBuilderIterator類中的實現(xiàn)如下：

// 發(fā)射一個數(shù)據(jù)
override suspend fun yield(value: T) {
    // 保存數(shù)據(jù)到全局變量中
    nextValue = value
    // 修改狀態(tài)
    state = State_Ready
    // 掛起協(xié)程，獲取續(xù)體
    return suspendCoroutineUninterceptedOrReturn { c ->
        // 保存續(xù)體到全局變量中
        nextStep = c
        // 掛起
        COROUTINE_SUSPENDED
    }
}
// 發(fā)射多個數(shù)據(jù)
override suspend fun yieldAll(iterator: Iterator<T>) {
    // 如果迭代器沒有數(shù)據(jù)，則直接返回
    if (!iterator.hasNext()) return
    // 如果有數(shù)據(jù)，則保存到全局變量
    nextIterator = iterator
    // 修改狀態(tài)
    state = State_ManyReady
    // 掛起協(xié)程，獲取續(xù)體
    return suspendCoroutineUninterceptedOrReturn { c ->
        // 保存續(xù)體到全局變量中
        nextStep = c
        // 掛起
        COROUTINE_SUSPENDED
    }
}

通過上面的代碼可以知道，yield方法和yieldAll方法主要做了三件事情，掛起協(xié)程、修改狀態(tài)、保存要發(fā)送的數(shù)據(jù)和續(xù)體。而yieldAll發(fā)射多個數(shù)據(jù)原理在于保存了參數(shù)中Iterator接口指向的對象，通過迭代器獲取數(shù)據(jù)。

3.hasNext方法

hasNext方法是Iterator接口中定義的方法，用于迭代時判斷是否還有數(shù)據(jù)，代碼如下：

override fun hasNext(): Boolean {
    // 循環(huán)
    while (true) {
        // 判斷狀態(tài)
        when (state) {
            // 剛通過yield方法發(fā)射數(shù)據(jù)
            State_NotReady -> {}
            // 剛通過yieldAll方法發(fā)射數(shù)據(jù)
            State_ManyNotReady ->
                // 如果迭代器中還有數(shù)據(jù)
                if (nextIterator!!.hasNext()) {
                    // 修改狀態(tài)，返回true
                    state = State_ManyReady
                    return true
                } else {
                    // 沒有數(shù)據(jù)，則置空，丟棄迭代器
                    nextIterator = null
                }
            // 如果序列發(fā)生器已經發(fā)射完數(shù)據(jù)，返回false
            State_Done -> return false
            // 如果有數(shù)據(jù)，則直接返回true
            State_Ready, State_ManyReady -> return true
            // 其他狀態(tài)，則拋出異常
            else -> throw exceptionalState()
        }
        // 走到這里，說明需要去獲取下一個數(shù)據(jù)
        // 修改狀態(tài)
        state = State_Failed
        // 獲取全局保存的續(xù)體
        val step = nextStep!!
        // 置空
        nextStep = null
        // 恢復序列發(fā)生器的執(zhí)行，直到遇到y(tǒng)ield方法或yieldAll方法掛起
        step.resume(Unit)
    }
}
// 異常狀態(tài)的處理
private fun exceptionalState(): Throwable = when (state) {
    State_Done -> NoSuchElementException()
    State_Failed -> IllegalStateException("Iterator has failed.")
    else -> IllegalStateException("Unexpected state of the iterator: $state")
}

4.next方法

next方法也是Iterator接口中定義的方法，用于在迭代器中存在數(shù)據(jù)時獲取數(shù)據(jù)，代碼如下：

override fun next(): T {
    // 判斷狀態(tài)
    when (state) {
        // 如果當前處于已經發(fā)射完數(shù)據(jù)的狀態(tài)，則判斷是否有數(shù)據(jù)
        State_NotReady, State_ManyNotReady -> return nextNotReady()
        // 如果通過yieldAll方法獲取到了數(shù)據(jù)
        State_ManyReady -> {
            // 修改狀態(tài)
            state = State_ManyNotReady
            // 通過迭代器獲取數(shù)據(jù)
            return nextIterator!!.next()
        }
        // 如果通過yield方法獲取到了數(shù)據(jù)
        State_Ready -> {
            // 修改狀態(tài)
            state = State_NotReady
            // 獲取保存的數(shù)據(jù)并進行類型轉換
            @Suppress("UNCHECKED_CAST")
            val result = nextValue as T
            // 全局變量置空
            nextValue = null
            // 返回數(shù)據(jù)
            return result
        }
        // 其他情況，則拋出異常
        else -> throw exceptionalState()
    }
}
// 如果沒有數(shù)據(jù)，則拋出異常，有數(shù)據(jù)，則返回數(shù)據(jù)
private fun nextNotReady(): T {
    if (!hasNext()) throw NoSuchElementException() else return next()
}

5.總結

當使用序列發(fā)生器進行迭代時，首先會調用hasNext方法，hasNext方法會通過保存的續(xù)體，恢復序列發(fā)生器所在的協(xié)程繼續(xù)執(zhí)行，獲取下一次待發(fā)射的數(shù)據(jù)。如果獲取了到數(shù)據(jù)，則會返回true，這樣之后通過next方法就可以獲取到對應的數(shù)據(jù)。

當序列發(fā)生器所在的協(xié)程在執(zhí)行中遇到y(tǒng)ield方法時，會發(fā)生掛起，同時將下一次待發(fā)射的數(shù)據(jù)保存起來。如果遇到的是yieldAll方法，則保存的是迭代器，下一次發(fā)射數(shù)據(jù)時會從迭代器中獲取。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/LeeDuoZuiShuai/article/details/126323313

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目錄

一.受限協(xié)程作用域

1.sequence方法

2.SequenceScope類

二.序列發(fā)生器

1.Sequence接口

2.Sequence方法

3.iterator方法

4.SequenceBuilderIterator類

1.SequenceBuilderIterator類的全局變量

2.yield方法與yieldAll方法

3.hasNext方法

4.next方法

5.總結

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目錄

一.受限協(xié)程作用域

1.sequence方法

2.SequenceScope類

二.序列發(fā)生器

1.Sequence接口

2.Sequence方法

3.iterator方法

4.SequenceBuilderIterator類

1.SequenceBuilderIterator類的全局變量

2.yield方法與yieldAll方法

3.hasNext方法

4.next方法

5.總結

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