Continuation Passing Style

2023-11-24 22:04:34

协程：从原理到实现

导语：

协程是一种轻量级多任务机制，它允许在不创建新线程的情况下并发执行任务。在本文中，我们将深入探讨协程的实现机制，从Continuation Passing Style和状态机的原理开始，逐步介绍Kotlin协程是如何在编译器的处理下实现挂起和恢复的。

Continuation Passing Style

Continuation Passing Style (CPS)是一种编程范式，它将函数作为参数传递给其他函数。在CPS中，函数的返回值是一个延续，它封装了函数的执行状态。当函数调用另一个函数时，它将自己的延续作为参数传递，允许后续函数访问和修改函数的状态。

状态机

状态机是一种抽象计算模型，它维护一个当前状态和一组状态转换规则。当外部事件触发状态转换时，状态机会更新其当前状态并执行相应的动作。协程的实现通常依赖于状态机来管理协程的执行状态。

Kotlin协程实现

Kotlin协程通过编译器支持的方式实现了挂起和恢复。在编译时，Kotlin协程编译器将协程代码转换为状态机表示形式。协程的挂起点通过创建延续来实现，延续封装了挂起函数的执行状态。当协程挂起时，执行流被转移到延续，并且协程的状态机被冻结。

当协程恢复时，编译器会生成代码来恢复状态机，并从挂起点继续执行协程。这种编译器支持的方式允许协程挂起和恢复而无需显式管理线程或其他底层并发机制。

示例

让我们通过一个示例来进一步阐述协程的实现。以下Kotlin协程代码片段演示了如何使用suspend实现挂起函数：

suspend fun myCoroutine() {
    // 协程代码
}

在编译时，Kotlin协程编译器将myCoroutine()函数转换为以下状态机表示形式：

class MyCoroutineStateMachine {
    private var state: State = State.Initial
    private var continuation: Continuation<Unit>? = null

    fun start(continuation: Continuation<Unit>) {
        this.continuation = continuation
        state = State.Running
        // 协程代码
    }

    fun resume(value: Any?) {
        state = State.Finished
        continuation?.resume(value)
    }

    fun suspend(value: Any?): Any? {
        state = State.Suspended
        return Continuation(this)
    }

    enum class State {
        Initial,
        Running,
        Suspended,
        Finished
    }
}