Android 面试题之 Kotlin 协程到底是什么？它是线程吗？

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协程是什么？

协程是线程吗？是线程池的线程？是轻量级的线程？

实际上，可以非常肯定的说，协程不是线程！

我们反过来想，如果协程是线程，那么咱们怎么让一个线程挂起呢？

那既然协程不是线程，那又为什么常说协程是轻量级的线程呢？协程轻在哪呢？

"轻量级"的线程

Kotlin 中的协程经常被称为“轻量级线程”，这是相对于传统的线程模型而言的。为了更好地理解这一点，我们需要从内存占用、任务切换、JVM 内存模型等多方面进行剖析。

1. 轻量级的原因

1.1 内存占用

• 线程: 每个线程在创建时分配一定数量的栈内存（默认大约 1MB）。如果系统启动大量线程，则会消耗大量内存，可能导致系统资源枯竭。

• 协程: 协程是运行在现有线程中的，它们不需要单独的栈内存，而是共享调用栈。这样协程仅需要少量内存开销，通常每个协程只占用几个 KB。这使得同一线程可以管理和运行大量协程，不受传统线程数量限制。

1.2 任务切换

• 线程切换: 线程切换由操作系统管理，涉及到用户态和内核态之间的切换，代价较高，需要保存和恢复 CPU 寄存器、程序计数器、内存栈等。

• 协程切换: 协程切换在用户态完成，不涉及内核态切换，只是切换函数的上下文，代价相对低很多。

2. 内存模型

2.1 线程内存模型

在 JVM 中，每个线程都有自己独立的线程栈，每个栈帧包含局部变量、操作数栈和相关信息。当线程被挂起时，所有这些信息必须保存并在重新调度时恢复。

2.2 协程内存模型

协程的栈帧通常是堆上的对象，当协程挂起时，不需要切换线程，只是函数调用的上下文发生变化，把协程状态保存到堆中。这种模型使得内存利用更加高效和灵活。

2.3 协程堆栈帧

协程在挂起时，会将当前的堆栈帧转换为对象并存储在堆中。这个对象包含了所有当前帧的局部变量、挂起点以及其他必要信息。恢复时，这个对象重新转换为堆栈帧并继续执行。

2.4 Continuation

Kotlin 中的挂起函数实质上会被编译器转换成带有回调的 Continuation 对象。该对象包含两个主要部分：

• 上下文（Continuation Context）：绑定的执行环境。

• 恢复逻辑（Resume Logic）：保存和处理挂起点的逻辑。

interface Continuation<in T> {    val context: CoroutineContext    fun resumeWith(result: Result<T>)}

3. 执行机制

3.1 线程

线程由操作系统调度，执行时获得 CPU 时间片，可能被抢占。这一过程完全由操作系统管理，且每次线程切换都会导致上下文切换，引入显著的开销。

3.2 协程

协程仅占用一个线程的部分时间，是由协程库（例如 kotlinx.coroutines）管理。一个线程可以执行多个协程，只要它们异步工作并时常挂起和恢复。这大大减少了切换开销，改善性能。

4. 协程例子

import kotlinx.coroutines.*
fun main() = runBlocking {    repeat(100_000) {        launch {            delay(1000L)            println("Coroutine $it is done")        }    }}

在这个例子中，启动了 10 万协程，但内存占用远远小于 10 万个线程，且切换效率高。这是因为：

• 非阻塞挂起: delay 使得协程挂起，但不阻塞线程，使得同一线程可以继续处理其他协程。

• 上下文保存和恢复: 协程的上下文切换只需要保存和恢复堆上的对象状态，代价低。

由于协程不阻塞线程，上面的例子中，日志几乎是同时打印的

总结

Kotlin 协程的轻，主要原因包括：

1. 内存占用更少：协程不需要独立的栈内存，而是共享调用栈。

2. 低切换开销：协程切换在用户态完成，无需与操作系统交互，开销小。

3. 高并发模型：在同一线程上可以高效地运行大量协程，不受传统线程创建管理的限制。

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