Корутины Kotlin: как работать асинхронно в Android

Kotlin предоставляет корутины, которые помогают писать асинхронный код синхронно. Android — это однопоточная платформа, и по умолчанию все работает на основном потоке (потоке UI). Когда настает время запускать операции, несвязанные с UI (например, сетевой вызов, работа с БД, I/O операции или прием задачи в любой момент), мы распределяем задачи по различным потокам и, если нужно, передаем результат обратно в поток UI.

Android имеет свои механизмы для выполнения задач в другом потоке, такие как AsyncTask, Handler, Services и т.д. Эти механизмы включают обратные вызовы, методы post и другие приемы для передачи результата между потоками, но было бы лучше, если бы можно было писать асинхронный код так же, как синхронный.

// Например, что-то подобное в потоке Main.
val response = Async_operation()  //операция async 
if (response.isSuccessful()) doThis() else doThat()

С корутиной код выглядит легче. Нам не нужно использовать обратный вызов, и следующая строка будет выполнена, как только придет ответ. Можно подумать, что вызов функции из основного потока заблокирует её к тому времени, как ответ вернется, но с корутиной все иначе. Она не будет блокировать поток Main или любой другой, но все еще может выполнять код синхронно. Подробнее.

Сравним корутины с потоком

В примере выше допустим, что мы создаем новый поток, и после завершения задачи передаем результат в поток UI. Для того, чтобы сделать это правильно, нужно понять и решить несколько проблем. Вот список некоторых:

1. Передача данных из одного потока в другой — это головная боль. Так еще и грязная. Нам постоянно нужно использовать обратные вызовы или какой-нибудь механизм уведомления.

2. Потоки стоят дорого. Их создание и остановка обходится дорого, включает в себя создание собственного стека. Потоки управляются ОС. Планировщик потоков добавляет дополнительную нагрузку.

3. Потоки блокируются. Если вы выполняете такую простую задачу, как задержка выполнения на секунду (Sleep), поток будет заблокирован и не может быть использован для другой операции.

4. Потоки не знают о жизненном цикле. Они не знают о компонентах Lifecycle (Activity, Fragment, ViewModel). Поток будет работать, даже если компонент UI будет уничтожен, что требует от нас разобраться с очисткой и утечкой памяти.

Как будет выглядеть ваш код с большим количеством потоков, Async и т.д.? Мы можем столкнуться с большим количеством обратных вызовов, методов обработки жизненного цикла, передач данных из одного места в другое, что затруднит их чтение. В целом, мы потратили бы больше времени на устранение проблем, а не на логику программы.

Отметим, что это не просто другой способ асинхронного программирования , это другая парадигма.

Корутины легкие и супербыстрые

Пусть код скажет за себя.

Я создам 10к потоков, что вообще нереалистично, но для понимания эффекта корутин пример очень наглядный:

fun creating_10k_Thread() {
        val time = measureTimeMillis {
            for(i in 1..10000) {
                Thread(Runnable {
                    Thread.sleep(1)
                }).run()
            }
        }
 }

Здесь каждый поток ожидает 1 мс. Запуск этой функции занял около 12,6 секунд. Теперь давайте создадим 100к корутин (в 10 раз больше) и увеличим задержку до 10 секунд (в 10000 раз больше). Не волнуйтесь про “runBlocking” или “launch” (конструкторах Coroutine).

fun creatingCoroutines(){
        val time = measureTimeMillis {
            runBlocking {
                for(i in 1..100000) {
                    launch {
                        delay(10000L)
                    }
                }
            }
        }
    }

14 секунд. Сама задержка составляет 10 секунд. Это очень быстро. Создание 100 тысяч потоков может занять целую вечность.

Если вы посмотрите на метод creating_10k_Thread(), то увидите, что существует задержка в 1 мс. Во время нее он заблокирован, т.е. ничего не может делать. Вы можете создать только определенное количество потоков в зависимости от количества ядер. Допустим, возможно создать до 8 потоков в системе. В примере мы запускаем цикл на 10000 раз. Первые 8 раз будут созданы 8 потоков, который будут работать параллельно. На 9-й итерации следующий поток не сможет быть создан, пока не будет доступного. На 1 мс поток блокируется. Затем создастся новый поток и по итогу блокировка на 1мс создает задержку. Общее время блокировки для метода составит 10000/<Кол-во макс. потоков> мс. А также будет использоваться планировщик потоков, что добавит дополнительной нагрузки.

Для creatingCoroutines() мы установили задержку в 10 сек. Корутина приостанавливается, не блокируется. Пока метод ждет 10 секунд до завершения, он может взять задачу и выполнить ее после задержки. Корутины управляются пользователем, а не ОС, что делает их быстрее. В цифрах, каждый поток имеет свой собственный стек, обычно размером 1 Мбайт. 64 Кбайт — это наименьший объем пространства стека, разрешенный для каждого потока в JVM, в то время как простая корутина в Kotlin занимает всего несколько десятков байт heap памяти.

Еще пример для лучшего понимания:

Во фрагменте 1 мы последовательно вызываем методы fun1 и fun2 в основном потоке. На 1 секунду поток будет заблокирован. Теперь рассмотрим пример с корутиной. 

Во фрагменте 2 это выглядит так, как будто они работают параллельно, но это невозможно, так как оба метода выполняются одним потоком. Эти методы выполняются одновременно потому, что функция задержки не блокирует поток, она приостанавливает его. И теперь, не теряя времени, этот же поток начинает выполнять следующую задачу и возвращается к ней, как только другая приостановленная функция (задержки) вернется к нему.

Корутина может обеспечить высокий уровень параллелизма с небольшими нагрузками. Несколько потоков также могут обеспечить параллелизм, но у них есть блокировка и переключение контекста. Корутина не блокирует, а приостанавливает поток для других задач. Большое количество корутин, выполняющих маленькие задачи, эффективнее, чем планировщик, поэтому тысячи корутин работают быстрее, чем десятки потоков.

Как же корутина приостанавливает свою работу?

private fun main() {
        launch(Dispatchers.Default) {
            asyncOperation()       // работает на фоновом потоке
            launch(Dispatchers.Main) {
                completionHandler() // работает на основном потоке
            }
        }
    }private suspend fun asyncOperation() {
        log("Thread is ${Thread.currentThread().name} AsyncOperation")
        log("Started async operation")
        delay(3000)
        log("Completed async operation")
 }private fun completionHandler() {
        log("Thread is ${Thread.currentThread().name} completionHandler")
        log("Running after async opearion")
        label.text = "Async operation completed" //поток интерфейса
  }Output:
Thread is DefaultDispatcher-worker-1 AsyncOperation
Started async operation
Completed async operation
Thread is main completionHandler
Running after async opearion

Если вы посмотрите на выход, то увидите, что ‘completionHandler’ выполняется после завершения ‘asyncOperation’. ‘asyncOperation’ выполняется в фоновом потоке, а ‘completionHandler’ ожидает его завершения. В ‘completionHandler’ происходит обновление textview. Давайте рассмотрим байтовый код метода ‘asyncOperation’.

Во второй строке есть новый параметр под названием ‘continuation’, добавленный к методу asyncOperation. Continuation (продолжение) — это рабочий вариант для приостановки кода. Продолжение добавляется в качестве параметра к функции, если она имеет модификатор ‘suspend’. Также он сохраняет текущее состояние программы. Думайте о нем как о передаче остальной части кода (в данном случае метода completionHandler()) внутрь оболочки Continuation. После завершения текущей задачи выполнится блок продолжения. Поэтому каждый раз, когда вы создаете функцию suspend, вы добавляете в нее параметр продолжения, который обертывает остальную часть кода из той же корутины.

Coroutine очень хорошо работает с Livedata, Room, Retrofit и т.д. Еще один пример с корутиной:gauravgyal/Coroutine-basic-example
Contribute to gauravgyal/Coroutine-basic-example development by creating an account on GitHub.github.com

В этом примере создан класс BaseActivity и класс MainActivity, который наследует BaseActivity. В MainActivity.asyncWait мы выполняем 2 асинхронные операции и регистрируем результат, как только обе они завершены. (Проект содержит только код, связанный с корутиной)

Спасибо за чтение!

Читайте также:

• Как и для чего использовать нативную библиотеку сериализации Kotlin
• Делегаты в Kotlin для Android
• Kotlin. Коллекции и последовательности

---

Перевод статьи Gaurav Goyal: Kotlin Coroutines — So that you async