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Kotlin?掛起函數(shù)CPS轉(zhuǎn)換原理解析

 更新時(shí)間:2022年12月08日 11:49:44   作者:無(wú)糖可樂(lè)愛(ài)好者  
這篇文章主要為大家介紹了Kotlin?掛起函數(shù)CPS轉(zhuǎn)換原理解析,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

正文

普通函數(shù)加上suspend之后就成為了一個(gè)掛起函數(shù),Kotlin編譯器會(huì)將這個(gè)掛起函數(shù)轉(zhuǎn)換成了帶有參數(shù)Continuation<T>的一個(gè)普通函數(shù),Continuation是一個(gè)接口,它跟Java中的Callback有著一樣的功能,這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程被稱為CPS轉(zhuǎn)換。

1.什么是CPS轉(zhuǎn)換

掛起函數(shù)中的CPS轉(zhuǎn)換就是把掛起函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)帶有Callback的函數(shù),這里的 Callback 就是 Continuation 接口。在這個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)生函數(shù)參數(shù)的變化和函數(shù)返回值的變化。

suspend fun getAreaCode(): String {
    delay(1000L)
    return "100011"
}
//函數(shù)參數(shù)的變化
suspend ()變成了(Continuation) 
//函數(shù)返回值的變化
-> String變成了 ->Any?
//變化后的代碼如下
private fun getProvinceCode(c: Continuation<String>): Any? {
    return "100000"
}

2.CPS的過(guò)程是怎么讓參數(shù)改變的

這個(gè)問(wèn)題的答案其實(shí)在掛起函數(shù)哪里提到過(guò),Kotlin代碼可以運(yùn)行主要是Kotlin編譯器將代碼轉(zhuǎn)換成了Java字節(jié)碼,然后交給Java虛擬機(jī)執(zhí)行,那么轉(zhuǎn)換成Java后的掛起函數(shù)就是一個(gè)帶有Callback回調(diào)的普通函數(shù),對(duì)應(yīng)Kotlin的話就是Continuation函數(shù),那么這是參數(shù)的改變,代碼的轉(zhuǎn)換就是:

private suspend fun getProvinceCode(): String {
    delay(1000L)
    return "100000"
}
/**
 * Kotlin轉(zhuǎn)換的Java代碼
 */
private static final Object getProvinceCode(Continuation $completion) {
    return "100000";
}
private fun getProvinceCode(c: Continuation<String>): Any? {
    return "100000"
}

這里就可以解答一個(gè)疑問(wèn):為什么普通函數(shù)不可以調(diào)用掛起函數(shù)了? 這是因?yàn)閽炱鸷瘮?shù)被Kotlin編譯器便后默認(rèn)是需要傳入一個(gè)Continuation參數(shù)的,而普通函數(shù)沒(méi)有這個(gè)類型的參數(shù)。

3.CPS的過(guò)程是怎么讓返回值改變的

原本的代碼是返回了一個(gè)String類型的值,但是通過(guò)CPS轉(zhuǎn)換后String變成了Any?,如果說(shuō)String是Any?的子類這樣也行的通,但是String為什么沒(méi)了呢,以及為什么會(huì)多了一個(gè)Any?

首先解釋這個(gè)String為什么沒(méi)有了,其實(shí)String不是沒(méi)有了,而是換了個(gè)地方

//											換到了這里
private fun getProvinceCode(c: Continuation<String>): Any? {
    return "100000"
}

CPS轉(zhuǎn)換它必定是一個(gè)等價(jià)交換, 否則編譯后的程序就失去了原本的作用,也就是說(shuō)這個(gè)String它會(huì)以另一種形式存在。

現(xiàn)在解釋第二個(gè)問(wèn)題,為什么會(huì)多了一個(gè)Any?

掛起函數(shù)經(jīng)過(guò) CPS 轉(zhuǎn)換后,它的返回值有一個(gè)重要作用:標(biāo)志該掛起函數(shù)有沒(méi)有被掛起。 掛起函數(shù)也有可能不會(huì)被掛起,上面的掛起函數(shù)中都添加了delay(1000L),而delay(1000L)是一個(gè)掛起函數(shù)這個(gè)是已經(jīng)知道的,那么如果不加它會(huì)怎么樣呢

上面的函數(shù)刪除了delay(1000L)只有suspend成了灰色并且提示信息:suspend是多余的, 用兩段代碼做個(gè)對(duì)比

//有效的掛起函數(shù)
private suspend fun suspendFun(): String {
    delay(1000L)
    return "100000"
}
//無(wú)效的掛起函數(shù)
private suspend fun noSuspendFun(): String {
    return "100000"
}

反編譯后的Java代碼

//函數(shù)調(diào)用
@Nullable
public static final Object main(@NotNull Continuation $completion) {
    Object var10000 = suspendFun($completion);
    return var10000 == IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED() ? var10000 : Unit.INSTANCE;
}
// $FF: synthetic method
public static void main(String[] var0) {
    RunSuspendKt.runSuspend(new SuspendDemoKt$$$main(var0));
}
//有效的掛起函數(shù)
private static final Object suspendFun(Continuation var0) {
    Object $continuation;
    label20: {
        if (var0 instanceof <undefinedtype>) {
            $continuation = (<undefinedtype>)var0;
            if ((((<undefinedtype>)$continuation).label & Integer.MIN_VALUE) != 0) {
                ((<undefinedtype>)$continuation).label -= Integer.MIN_VALUE;
                break label20;
            }
        }
        $continuation = new ContinuationImpl(var0) {
            // $FF: synthetic field
            Object result;
            int label;
            @Nullable
            public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
                this.result = $result;
                this.label |= Integer.MIN_VALUE;
                return SuspendDemoKt.suspendFun(this);
            }
        };
    }
    Object $result = ((<undefinedtype>)$continuation).result;
    Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
    switch(((<undefinedtype>)$continuation).label) {
        case 0:
        ResultKt.throwOnFailure($result);
        ((<undefinedtype>)$continuation).label = 1;
        if (DelayKt.delay(1000L, (Continuation)$continuation) == var3) {
            return var3;
        }
        break;
        case 1:
        ResultKt.throwOnFailure($result);
        break;
        default:
        throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
    }
    return "100000";
}
//無(wú)效的掛起函數(shù)
private static final Object noSuspendFun(Continuation $completion) {
    return "100000";
}

通過(guò)代碼可以很清楚的看到suspendFunnoSuspendFun兩個(gè)函數(shù)的區(qū)別,返回值可能是IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED()也有可能是var10000 也可能是Unit.INSTANCE,也有可能是一個(gè)null,因此為了滿足所有可能性使用Any?是最合適的

為什么說(shuō)Any? 是最合適的?

Kotlin中的Any類似于Java中的Object,Any是不可為空的,Any?是可以為空的,Any?包含Any的同時(shí)還包含了可空的類型,也就是說(shuō)后者的包容性比前者更廣,所以說(shuō)前者就是后者的子類,同樣的String和String?、Unit和Unit?也是一樣的關(guān)系,用圖表示就是這樣

4.掛起函數(shù)的反編譯

這里直接將上面suspendFun函數(shù)反編譯后的代碼拿來(lái)分析

private static final Object suspendFun(Continuation var0) {
    Object $continuation;
    label20: {
         //undefinedtype就是Continuation
         //不是第一次進(jìn)入走這里,保證只生成了一個(gè)實(shí)例
        if (var0 instanceof <undefinedtype>) {
            $continuation = (<undefinedtype>)var0;
            if ((((<undefinedtype>)$continuation).label & Integer.MIN_VALUE) != 0) {
                ((<undefinedtype>)$continuation).label -= Integer.MIN_VALUE;
                break label20;
            }
        }
        //第一次進(jìn)入走這里,
        $continuation = new ContinuationImpl(var0) {
            //協(xié)程返回結(jié)果
            Object result;
            //表示協(xié)程狀態(tài)機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)
            int label;
            //invokeSuspend 是協(xié)程的關(guān)鍵
            //它最終會(huì)調(diào)用 suspendFun(this) 開(kāi)啟協(xié)程狀態(tài)機(jī)
            //狀態(tài)機(jī)相關(guān)代碼就是后面的 switch 語(yǔ)句
            //協(xié)程的本質(zhì),可以說(shuō)就是 CPS + 狀態(tài)機(jī)
            @Nullable
            public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
                this.result = $result;
                this.label |= Integer.MIN_VALUE;
                return SuspendDemoKt.suspendFun(this);
            }
        };
    }
    //取出執(zhí)行的結(jié)果
    Object $result = ((<undefinedtype>)$continuation).result;
    //返回是否被掛起的狀態(tài)
    Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
    switch(((<undefinedtype>)$continuation).label) {
        case 0:
            //異常判斷
            ResultKt.throwOnFailure($result);
            //這里將label的狀態(tài)改成1,進(jìn)入下一行delay(1000L)代碼
            ((<undefinedtype>)$continuation).label = 1;
            if (DelayKt.delay(1000L, (Continuation)$continuation) == var3) {
                return var3;
            }
            break;
        case 1:
            ResultKt.throwOnFailure($result);
            break;
        default:
            throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
    }
    return "100000";
   }

這里先對(duì)幾個(gè)變量、函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明:

  • undefinedtype根據(jù)上下問(wèn)的代碼可以輕松的推斷出來(lái)就是Continuation;
  • label 是用來(lái)代表協(xié)程狀態(tài)機(jī)當(dāng)中狀態(tài)的;
  • result 是用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前掛起函數(shù)執(zhí)行結(jié)果的;
  • invokeSuspend 這個(gè)函數(shù),是整個(gè)狀態(tài)機(jī)的入口,它會(huì)將執(zhí)行流程轉(zhuǎn)交給 suspendFun() 進(jìn)行再次調(diào)用。

反編譯的代碼讀起來(lái)比較費(fèi)勁,因?yàn)樵咎峁┑膾炱鸷瘮?shù)代碼的例子比較簡(jiǎn)單所以慢慢分析的話還是比較好理解的。

這里首先分析第一段代碼的作用,根據(jù)上面的注釋我將undefinedtype修改為Continueation

label20: {
    //undefinedtype就是Continuation
    //不是第一次進(jìn)入走這里,保證只生成了一個(gè)實(shí)例
    if (var0 instanceof Continuation) {
        $continuation = var0;
        if ((($continuation).label & Integer.MIN_VALUE) != 0) {
            ($continuation).label -= Integer.MIN_VALUE;
            break label20;
        }
    }
    //第一次進(jìn)入走這里,
    $continuation = new ContinuationImpl(var0) {
        //協(xié)程返回結(jié)果
        Object result;
        //表示協(xié)程狀態(tài)機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)
        int label;
        //invokeSuspend 是協(xié)程的關(guān)鍵
        //它最終會(huì)調(diào)用 suspendFun(this) 開(kāi)啟協(xié)程狀態(tài)機(jī)
        //狀態(tài)機(jī)相關(guān)代碼就是后面的 switch 語(yǔ)句
        //協(xié)程的本質(zhì),可以說(shuō)就是 CPS + 狀態(tài)機(jī)
        @Nullable
        public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
            this.result = $result;
            this.label |= Integer.MIN_VALUE;
            return SuspendDemoKt.suspendFun(this);
        }
    };
}

ContinuationImpl是整個(gè)協(xié)程掛起函數(shù)的核心,掛起函數(shù)的狀態(tài)機(jī)擴(kuò)展自這個(gè)類。

第4行代碼首先判斷了var0是不是Continuation的實(shí)例,如果是那就賦值給continuation,首次進(jìn)入時(shí)var0的值是空,因?yàn)樗€沒(méi)有被創(chuàng)建,會(huì)進(jìn)入第13行代碼執(zhí)行,這相當(dāng)于用一個(gè)新的 Continuation 包裝了舊的 Continuation,整個(gè)過(guò)程中只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Continuation實(shí)例,節(jié)省了內(nèi)存的開(kāi)銷。

invokeSuspend內(nèi)部取出結(jié)果,給label設(shè)定初始值,然后開(kāi)啟協(xié)程的狀態(tài)機(jī),協(xié)程狀態(tài)機(jī)的處理過(guò)程在switch中

//取出執(zhí)行的結(jié)果
Object $result = $continuation.result;
//返回是否被掛起的狀態(tài)
Object var3 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
switch($continuation.label) {
    case 0:
        //異常判斷
        ResultKt.throwOnFailure($result);
        //這里將label的狀態(tài)改成1,進(jìn)入下一行delay(1000L)代碼
        $continuation.label = 1;
        if (DelayKt.delay(1000L, (Continuation)$continuation) == var3) {
            return var3;
        }
        break;
    case 1:
        ResultKt.throwOnFailure($result);
        break;
    default:
        throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
}
return "100000";

創(chuàng)建了Continuation的實(shí)例并且給result和label分別賦值,然后就是取出值了,switch是以label為依據(jù)進(jìn)行處理的:

  • case 0:在這里面首先進(jìn)行異常判斷,如果結(jié)果是失敗,則拋出異常。然后這里將狀態(tài)label改為1便于進(jìn)入下一步處理,因?yàn)榇a中第一行就是delay(1000L)所以在label = 0的時(shí)候就要去處理延遲函數(shù)的邏輯了:

DelayKt.delay是一個(gè)掛起函數(shù),傳入的參數(shù)分別是延遲時(shí)間和continuation的實(shí)例

DelayKt.delay函數(shù)在內(nèi)部處理完畢后返回了IntrinsicsKt.COROUTINE_SUSPENDED,這個(gè)值就是是否被掛起的標(biāo)志,與var3進(jìn)行判斷,條件滿足返回var3,case 0執(zhí)行完畢進(jìn)入case 1;

  • case 1:進(jìn)入case 1的第一步人就是判斷是否有異常,然后因?yàn)樵即a中delay函數(shù)執(zhí)行完畢后就立即返回了一個(gè)“100000”,所以case 1的代碼也就到此為止。

以上就是對(duì)反編譯代碼的一個(gè)分析,因?yàn)樵即a比較簡(jiǎn)單因此反編譯后的代碼分析起來(lái)也相對(duì)簡(jiǎn)單,那么這里簡(jiǎn)單總結(jié)一下:

  • switch實(shí)現(xiàn)了協(xié)程狀態(tài)機(jī),里面除了對(duì)不同情況下的狀態(tài)的處理外還對(duì)狀態(tài)進(jìn)行了賦值的操作;
  • continuation.label是狀態(tài)流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵,continuation.label每改變一次就代表了掛起函數(shù)被調(diào)用了一次;
  • 每次掛起函數(shù)執(zhí)行完畢后都會(huì)檢查是否發(fā)生異常;
  • 如果一個(gè)函數(shù)被掛起了,它的返回值會(huì)是 CoroutineSingletons.COROUTINE_SUSPENDED;

上面的代碼很簡(jiǎn)單,現(xiàn)在用一個(gè)較為復(fù)雜的代碼再進(jìn)行分析,驗(yàn)證一下上面總結(jié)的幾點(diǎn)內(nèi)容:

原始代碼

suspend fun main() {
    val provincesCode = getProvincesCode()
    val cityCode = getCityCode(provincesCode)
    val areaCode = getAreaCode(cityCode)
}
/**
 * 獲取省份Code
 *
 */
private suspend fun getProvincesCode(): String {
    withContext(Dispatchers.IO) {
        delay(1000L)
    }
    return "?。?00000"
}
/**
 * 獲取城市Code
 *
 * @param provincesCode
 */
private suspend fun getCityCode(provincesCode: String): String {
    withContext(Dispatchers.IO) {
        delay(1000L)
    }
    return "$provincesCode 市:100010"
}
/**
 * 獲取區(qū)域code
 *
 * @param cityCode
 */
private suspend fun getAreaCode(cityCode: String): String {
    withContext(Dispatchers.IO) {
        delay(1000L)
    }
    return "$cityCode 區(qū):100011"
}

上面的代碼反編譯后的代碼讀起來(lái)更費(fèi)勁,這里不對(duì)getProvincesCode() 、getCityCode(provincesCode)getAreaCode(cityCode)三個(gè)函數(shù)進(jìn)行分析因?yàn)楦厦娴哪嵌未a極為相似,這里主要分析main函數(shù)中調(diào)用的邏輯:

public static final Object main(@NotNull Continuation var0) {
    Object $continuation;
    label37: {
        if (var0 instanceof &lt;undefinedtype&gt;) {
            $continuation = (&lt;undefinedtype&gt;)var0;
            if ((((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label &amp; Integer.MIN_VALUE) != 0) {
                ((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label -= Integer.MIN_VALUE;
                break label37;
            }
        }
        $continuation = new ContinuationImpl(var0) {
            // $FF: synthetic field
            Object result;
            int label;
            @Nullable
            public final Object invokeSuspend(@NotNull Object $result) {
                this.result = $result;
                this.label |= Integer.MIN_VALUE;
                return RequestCodeKt.main((Continuation)this);
            }
        };
    }
    Object var10000;
    label31: {
        Object var6;
        label30: {
            Object $result = ((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).result;
            var6 = IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
            switch(((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label) {
                case 0:
                    ResultKt.throwOnFailure($result);
                    ((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label = 1;
                    var10000 = getProvincesCode((Continuation)$continuation);
                    if (var10000 == var6) {
                        return var6;
                    }
                    break;
                case 1:
                    ResultKt.throwOnFailure($result);
                    var10000 = $result;
                    break;
                case 2:
                    ResultKt.throwOnFailure($result);
                    var10000 = $result;
                    break label30;
                case 3:
                    ResultKt.throwOnFailure($result);
                    var10000 = $result;
                    break label31;
                default:
                    throw new IllegalStateException("call to 'resume' before 'invoke' with coroutine");
            }
            String provincesCode = (String)var10000;
            ((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label = 2;
            var10000 = getCityCode(provincesCode, (Continuation)$continuation);
            if (var10000 == var6) {
                return var6;
            }
        }
        String cityCode = (String)var10000;
        ((&lt;undefinedtype&gt;)$continuation).label = 3;
        var10000 = getAreaCode(cityCode, (Continuation)$continuation);
        if (var10000 == var6) {
            return var6;
        }
    }
    String var3 = (String)var10000;
    return Unit.INSTANCE;
}

這里的代碼跟上面那個(gè)極為相似,保證只創(chuàng)建一個(gè)Continuation實(shí)例,然后通過(guò)label、var6、var10000做出不同的處理

  • var6:掛起標(biāo)志,返回IntrinsicsKt.getCOROUTINE_SUSPENDED();
  • var10000:getProvincesCode() 、getCityCode(provincesCode)getAreaCode(cityCode)都是掛起函數(shù),因此返回結(jié)果中有執(zhí)行結(jié)果和掛起標(biāo)志;
  • label:label=1、2、3的情況主要都是在調(diào)用一個(gè)掛起函數(shù)的手被賦值,這也印證了上面總結(jié)的第二天條內(nèi)容;
  • switch:這個(gè)switch的流轉(zhuǎn)仍舊是依靠label執(zhí)行的,并且每次都會(huì)先進(jìn)行異常判斷。

第二段的代碼分析結(jié)果就是對(duì)上面結(jié)論的驗(yàn)證,所以說(shuō)無(wú)論復(fù)雜與否它的執(zhí)行流程就是那幾個(gè),多進(jìn)行分析就了解了,這個(gè)過(guò)程中一定要自己寫,反編譯,然后自己總結(jié)才能理解,單純的看其實(shí)還是很費(fèi)勁的。

這里還有一個(gè)點(diǎn)要關(guān)注一下,就是三個(gè)掛起函數(shù)中為什么都傳入了continuation,這是因?yàn)閽炱鸷瘮?shù)被反編譯后原本的suspend變成了Continueation參數(shù),因此main函數(shù)也就必須是掛起函數(shù),所以為什么說(shuō)普通函數(shù)不能調(diào)用掛起函數(shù),就是因?yàn)闆](méi)有Continuation這個(gè)參數(shù)。

5.非掛起函數(shù)的分析

前面在分析CPS轉(zhuǎn)換后返回值為什么是Any?時(shí)提出過(guò)非掛起函數(shù),那么非掛起函數(shù)的處理流程是怎樣的呢,將上面的代碼進(jìn)行修改,保留suspend,刪除掛起函數(shù)的相關(guān)代碼:

suspend fun main() {
    val provincesCode = getProvincesCode()
    val cityCode = getCityCode(provincesCode)
    val areaCode = getAreaCode(cityCode)
}
/**
* 獲取省份Code
*
*/
private suspend fun getProvincesCode(): String {
    withContext(Dispatchers.IO) {
        delay(1000L)
    }
    return "省:100000"
}
/**
* 獲取城市Code
*
* @param provincesCode
*/
private suspend fun getCityCode(provincesCode: String): String {
    //變化在這里,刪除了withContext和delay函數(shù)
    return "$provincesCode 市:100010"
}
/**
* 獲取區(qū)域code
*
* @param cityCode
*/
private suspend fun getAreaCode(cityCode: String): String {
    withContext(Dispatchers.IO) {
        delay(1000L)
    }
    return "$cityCode 區(qū):100011"
    }

反編譯后的代碼唯一變化點(diǎn)在getCityCode

private static final Object getCityCode(String provincesCode, Continuation $completion) {
    return provincesCode + " 市:100010";
}

反編譯后的代碼變得極為簡(jiǎn)單,在getCityCode函數(shù)中沒(méi)有了狀態(tài)機(jī)的流轉(zhuǎn)而是直接返回了結(jié)果。

以上內(nèi)容就是掛起函數(shù)的執(zhí)行流程,那么它的原理用一句話總結(jié):Kotlin的掛起函數(shù)本質(zhì)上就是一個(gè)狀態(tài)機(jī);

以上就是Kotlin 掛起函數(shù)CPS轉(zhuǎn)換原理解析的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Kotlin 掛起函數(shù)CPS轉(zhuǎn)換的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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