Kotlin协程通信机制: Channel

coroutines channels

java中的多线程通信, 总会涉及到共享状态(shared mutable state)的读写, 有同步, 死锁等问题要处理.

协程中的channel用于协程间的通信, 它的宗旨是:

do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

channel basics

channels用于协程间的通信, 允许我们在不同的协程间传递数据(a stream of values).

生产者-消费者模式

发送数据到channel的协程被称为producer, 从channel接受数据的协程被称为consumer.

生产: send, produce.
消费: receive, consume.

当需要的时候, 多个协程可以向同一个channel发送数据, 一个channel的数据也可以被多个协程接收.

当多个协程从同一个channel接收数据的时候, 每个元素仅被其中一个consumer消费一次. 处理元素会自动将其从channel里删除.

channel的特点

channel在概念上有点类似于blockingqueue, 元素从一端被加入, 从另一端被消费. 关键的区别在于, 读写的方法不是blocking的, 而是suspending的.
在为空或为满时. channel可以suspend它的send和receive操作.

channel的关闭和迭代

channel可以被关闭, 说明没有更多的元素了.
取消producer协程也会关闭channel.

在receiver端有一种方便的方式来接收: 用for迭代.

看这个例子:

fun main() = runblocking<unit> {
    val channel = channel<int>()
    launch {
        for (x in 1..5) channel.send(x)
        channel.close() // we're done sending
    }
// here we print received values using `for` loop (until the channel is closed)
    for (y in channel) println(y)
    println("done!")
}

运行后会输出:

1
2
3
4
5
done!

process finished with exit code 0

如果注释掉channel.close()就会变成:

1
2
3
4
5

done没有被输出, 程序也没有退出, 这是因为接受者协程还在一直等待.

不同的channel类型

库中定义了多个channel类型, 它们的主要区别在于:

• 内部可以存储的元素数量;
• send是否可以被挂起.

所有channel类型的receive方法都是同样的行为: 如果channel不为空, 接收一个元素, 否则挂起.

channel的不同类型:

• rendezvous channel: 0尺寸buffer, send和receive要meet on time, 否则挂起. (默认类型).
• unlimited channel: 无限元素, send不被挂起.
• buffered channel: 指定大小, 满了之后send挂起.
• conflated channel: 新元素会覆盖旧元素, receiver只会得到最新元素, send永不挂起.

创建channel:

val rendezvouschannel = channel<string>()
val bufferedchannel = channel<string>(10)
val conflatedchannel = channel<string>(conflated)
val unlimitedchannel = channel<string>(unlimited)

默认是rendezvous channel.

练习: 分析代码输出

看这段代码:

fun main() = runblocking<unit> {
    val channel = channel<string>()
    launch {
        channel.send("a1")
        channel.send("a2")
        log("a done")
    }
    launch {
        channel.send("b1")
        log("b done")
    }
    launch {
        repeat(3) {
            val x = channel.receive()
            log(x)
        }
    }
}

fun log(message: any?) {
    println("[${thread.currentthread().name}] $message")
}

这段代码创建了一个channel, 传递string类型的元素.
两个producder协程, 分别向channel发送不同的字符串, 发送完毕后打印各自的"done".
一个receiver协程, 接收channel中的3个元素并打印.

程序的运行输出结果会是怎样呢?

记得在configurations中加上vm options: -dkotlinx.coroutines.debug. 可以看到协程信息.

答案揭晓:

[main @coroutine#4] a1
[main @coroutine#4] b1
[main @coroutine#2] a done
[main @coroutine#3] b done
[main @coroutine#4] a2

答对了吗?

为什么会是这样呢? 原因主要有两点:

• 这里创建的channel是默认的rendezvous类型, 没有buffer, send和receive必须要meet, 否则挂起.
• 两个producer和receiver协程都运行在同一个线程上, ready to be resumed也只是加入了一个等待队列, resume要按顺序来.

这个例子在introduction to coroutines and channels中有一个视频解说.

另外, 官方文档中还有一个ping-pang的例子, 为了说明channels are fair.

参考

• 官方文档: channels
• introduction to coroutines and channels
• github: coroutines guide
• kotlin: diving in to coroutines and channels