Kotlin coroutineContext源码层深入分析

1.CoroutineContext

表示一个元素或者是元素集合的接口。它有一个Key（索引）的Element实例集合，每一个Element的实例也是一个CoroutineContext，即集合中每个元素也是集合。

如下图所示，CoroutineContext的常见官方实现有以下几种（少见的或者自定义的实现就不列举，以后再聊）：

Job：协程实例，控制协程生命周期（new、acruve、completing、conpleted、cancelling、cancelled）。
CoroutineDIspatcher：协程调度器，给指定线程分发协程任务（IO、Default、Main、Unconfined）。
CoroutineName：协程名称，用于定义协程的名称，调试打印信息使用。
CoroutineExceptionHandler：协程异常处理器，用于处理未捕获的异常。

2.Element的作用

Element类也是继承自CoroutineContext接口的，该类的作用是给子类保留一个Key成员变量，用于在集合查询的时候可以快速查找到目标coroutineContext，Key成员变量是一个泛型变量，每个继承自Element的子类都会去覆盖实现Key成员变量（一般是使用子类自己去覆盖Key），就比如拿最简单的CoroutineName类来举例子：

public data class CoroutineName( 
    /**
     * User-defined coroutine name.
     */
    val name: String
) : AbstractCoroutineContextElement(CoroutineName) {
    /**
     * Key for [CoroutineName] instance in the coroutine context.
     */
    public companion object Key : CoroutineContext.Key<CoroutineName>
    /**
     * Returns a string representation of the object.
     */
    override fun toString(): String = "CoroutineName($name)"
}
@SinceKotlin(".3")
public abstract class AbstractCoroutineContextElement(public override val key: Key<*>) : Element
/**
 * Key for the elements of [CoroutineContext]. [E] is a type of element with this key.
 */
public interface Key<E : Element>
/**
 * An element of the [CoroutineContext]. An element of the coroutine context is a singleton context by itself.
 */
public interface Element : CoroutineContext {
    /**
     * A key of this coroutine context element.
     */
    public val key: Key<*>
    public override operator fun <E : Element> get(key: Key<E>): E? =
        @Suppress("UNCHECKED_CAST")
        if (this.key == key) this as E else null
    public override fun <R> fold(initial: R, operation: (R, Element) -> R): R =
        operation(initial, this)
    public override fun minusKey(key: Key<*>): CoroutineContext =
        if (this.key == key) EmptyCoroutineContext else this
}

上面的CoroutineName构造函数定义为

public data class CoroutineName( 
    /**
     * User-defined coroutine name.
     */
    val name: String
) : AbstractCoroutineContextElement(CoroutineName)

父类构造函数中传递的参数是CoroutineName，但是我们发现CoroutineName也不是Key接口public interface Key<E : Element>的实现，为啥可以这样直接传递呢？但是我们仔细看发现CoroutineName类定义了伴生对象： public companion object Key : CoroutineContext.Key<CoroutineName>，在kotlin中伴生对象是可以直接省略类.companion.调用方式的，CoroutineName类也就代表着伴生对象，所以可以直接作为CoroutineName父类构造函数的参数，神奇的kotlin语法搞得我一愣一愣的。

类似的还有Job，CoroutineDIspatcher，CoroutineExceptionHandler的成员变量Key的覆盖实现：

//Job
public interface Job : CoroutineContext.Element {
    /**
     * Key for [Job] instance in the coroutine context.
     */
    public companion object Key : CoroutineContext.Key<Job> { //省略 }
     //省略 
}
//CoroutineExceptionHandler
public interface CoroutineExceptionHandler : CoroutineContext.Element {
    /**
     * Key for [CoroutineExceptionHandler] instance in the coroutine context.
     */
    public companion object Key : CoroutineContext.Key<CoroutineExceptionHandler>
 	//省略 
}
// CoroutineDIspatcher
@SinceKotlin(".3")
public interface ContinuationInterceptor : CoroutineContext.Element {
    /**
     * The key that defines *the* context interceptor.
     */
    companion object Key : CoroutineContext.Key<ContinuationInterceptor>
}

3.CoroutineContext相关的操作符原理解析

CoroutineContext的操作符？？有点莫名其妙的感觉，仅仅凭借我的直觉的话很难理解，但是平常使用协程的过程中，我们经常会使用这些相关的操作符，比如 +，[]等等符号，下面代码示例：

val comb = Job() + CoroutineName("")
val cName = comb[CoroutineName]

上面的+代表两个coroutineContext合并到集合中，这里的集合实际上是一个链表，后面会讲到。

上面的[]代表着从集合中索引出CoroutineName类型的CoroutineContext，这里也可以看出来仅仅通过key就查找出元素和map很相似，那么可以知道value是唯一的。key都是coroutineContext子类作为泛型类型的，具有唯一性，那也可以间接推断出上面+操作其实也会覆盖拥有相同key的value的值。

还有其他操作函数：fold展开操作， minusKey删除集合中存在的元素。

还有一个问题就是，这个集合到底是什么类型的集合，已经如何管理的，我们来一一解答：

3.1.什么类型的集合

CoroutineConetxt集合是链表结构的集合，是一个从本节点开始，向左遍历parent节点的一个链表，节点的都是CoroutineContext的子类，分为Element，CombinedContext，EmptyCoroutineContext三种。

有以下代码作为举例：

val scope = CoroutineScope(CoroutineName("") + Job() + CoroutineExceptionHandler{<!--{C}%C!%2D%2D%20%2D%2D%3E--> _, _ -> } + Dispatchers.Default)

假如CoroutineScope自己的coroutineContext变量集合中是包含CoroutineName，Job，CoroutineExceptionHanlder，CoroutineDIspatcher四种上下文的，那么他们组成的集合结构可能就会是下图所示的链表结构，

使用scope查找对应的Job的话直接调用scope[Job]方法，替代Job的话调用 scope + Job()，看源码就是使用scope的上下文集合替换Job

public operator fun CoroutineScope.plus(context: CoroutineContext): CoroutineScope =
    ContextScope(coroutineContext + context)

为啥是链表结构的集合呢，接下来直接看源码就知道了。

3.2.如何管理

我们集合的链表结构，每个节点都是CombinedContext类型，里面包含了element，left两个成员变量，left指向链表的左边，element表示当前节点的上下文元素（一般是job，name，handler，dispatcher四种），链表的最左端节点一定是Element元素

Element

主要实现在combinedContext，Element元素的方法实现比较简单，不单独列举。

combinedContext

构造函数

@SinceKotlin(".3")
internal class CombinedContext(
    private val left: CoroutineContext,
    private val element: Element
) : CoroutineContext, Serializable {

get函数:

	//Element
    public override operator fun <E : Element> get(key: Key<E>): E? =
          @Suppress("UNCHECKED_CAST")
          if (this.key == key) this as E else null
	//CombinedContext
    override fun <E : Element> get(key: Key<E>): E? {
        var cur = this
        while (true) {
            cur.element[key]?.let { return it }
            val next = cur.left
            if (next is CombinedContext) {
                cur = next
            } else {
                return next[key]
            }
        }
    }

在代码中一般不会使用get方法，而是使用context[key]来代替，类似于map集合的查询。上下文是Element类型，key是对应类型那么返回当前Element，不是当前类型，返回null；上下文是CombinedContext类型，指针cur指向当前节点，while循环开始，当前的element元素的key查找到了，那么就返回当前combinedContext，如果没找到，那么将指针指向left节点，如果left节点是combinedContext类型，那么重复上述操作，如果是Element类型直接判断是否可以查找到key值。那么从这里看出链表的最左端元素一定是Element节点。

contain函数

private fun contains(element: Element): Boolean =
    get(element.key) == element
private fun containsAll(context: CombinedContext): Boolean {
    var cur = context
    while (true) {
        if (!contains(cur.element)) return false
        val next = cur.left
        if (next is CombinedContext) {
            cur = next
        } else {
            return contains(next as Element)
        }
    }
}

类似于get操作，contains函数直接调用get方法来判断元素是不是和传入参数相等。

containAll函数就是遍历参数的链表节点是不是都包含在当前链表中。

fold函数

//coroutineContext
public fun <R> fold(initial: R, operation: (R, Element) -> R): R

从表面意思就是展开操作，第一个入参 CoroutineContext，第二个入参 lambda表达式用表达式的两个参数CoroutineContext, Element 返回一个新的 CoroutineContext：

operation :（R , Element) -> R

	Job.fold(CoroutineName("测试"),{ coroutineContext , element ->      TODO("return new CoroutineContext")
}) //example
//Element
	public override fun <R> fold(initial: R, operation: (R, Element) -> R): R =  	operation(initial, this)

作为receiver的上下文是Element，调用fold的话，是让ELement和入参的CoroutineContext作为lambda表达式的两个参数调用该lambda表达式返回结果。

MainScope().coroutineContext.fold(Job(),{ coroutineContext , element ->
    TODO("return new CoroutineContext")
}) //example
	//CombinedContext
	public override fun <R> fold(initial: R, operation: (R, Element) -> R): R =      operation(left.fold(initial, operation), element)

作为receiver的上下文是CombinedContext，调用fold的话，是让left深度递归调用fold函数，一直到链表的最左端节点，我们知道链表的最左端节点一定是Element，那么根据上面的代码，Element的fold函数内调用operation返回一个CoroutineContext后，递归回溯到上一层，继续调用operation返回一个CoroutineContext，继续回溯，一直回溯到开始调用MainScope().coroutineContext.fold(Job的地方。如下图所示：

minusKey函数

该函数的意思是从上下文集合中删除key对应的上下文。

  	//Element  public override fun minusKey(key: Key<*>): CoroutineContext =
        if (this.key == key) EmptyCoroutineContext else this

接收者receiver是Element类型的话，如果入参key和receiver是相等的话，那么返回EmptyCoroutineContext空上下文，否则返回receiver本身。（可见找到得到key的话会返回空上下文，找不到的话返回本身）

	//CombinedContext
	public override fun minusKey(key: Key<*>): CoroutineContext {   element[key]?.let { return left }
 val newLeft = left.minusKey(key)
 return when {
     newLeft === left -> this
     newLeft === EmptyCoroutineContext -> element
     else -> CombinedContext(newLeft, element)
 }
	}

接收者receiver是CombinedContext类型的话，

element[key]不为空说明当前节点就是要找的节点，直接返回该节点的left节点（代表着把当前节点跳过，也就是移除该节点）。
element[key]为空那么说明当前节点不是要找的节点，需要向链表的左端left去寻找目标，深度递归遍历left.minusKey(key)，返回的newLeft有三种情况：
newLeft === left，在左边找不到目标Key（根据Element.minusKey函数发现，返回的是this的话就是key没有匹配到），从该节点到左端节点都可以返回。
newLeft === EmptyCoroutineContext ，在左边找到了目标key（根据Element.minusKey函数发现，返回的是EmptyCoroutineContext 的话key匹配到了Element），找到了目标那么需要将目标跳过，那么从本节点开始返回，左边节点需要跳过移除，该节点就成了链表的最左端节点Element。
不是上述的情况，那么就是newLeft是触发了1.或者4.情况，返回的是left的element元素，或者是本节点的left节点跳过了，返回的是left.left节点，这样将newLeft和本节点的element构造出新的CombinedContext节点。

上述操作，都只是在链表上跳过节点，然后将跳过的节点左节点left和右节点创建新的CombinedContext，产生一个新的链表出来。

操作例子：

删除最左端节点

删除中间节点：

结论：minusKey的操作只是将原始链表集合中排除某一个节点，然后复制一个链表返回，所以并不会影响原始集合

plus函数

该函数重写+操作符，函数定义operator fun plus(context: CoroutineContext): CoroutineContext ,作用是对上下文集合进行添加（相同会覆盖）指定上下文操作。这个函数只有CoroutineContext实现了，代码如下：

/**
 * Returns a context containing elements from this context and elements from  other [context].
 * The elements from this context with the same key as in the other one are dropped.
 */
public operator fun plus(context: CoroutineContext): CoroutineContext =
    if (context === EmptyCoroutineContext) this else // fast path -- avoid lambda creation
        context.fold(this) { acc, element ->
            val removed = acc.minusKey(element.key)
            if (removed === EmptyCoroutineContext) element else {
                // make sure interceptor is always last in the context (and thus is fast to get when present)
                val interceptor = removed[ContinuationInterceptor]
                if (interceptor == null) CombinedContext(removed, element) else {
                    val left = removed.minusKey(ContinuationInterceptor)
                    if (left === EmptyCoroutineContext) CombinedContext(element, interceptor) else
                        CombinedContext(CombinedContext(left, element), interceptor)
                }
            }
        }

入参如果是EmptyContext，那么直接返回；不是空的话，对入参进行fold操作，上面讲了fold操作是将context链表展开，从链表最左端开始向context回溯调用fold函数的入参lambda表达式。那么我们就知道了![A (CombineContext) + B(CombineContext)](https://img-blog.csdnimg.cn/40fb2861842a4c8f8c918752e3f89fd0.png) 是如何操作的了，首先B作为plus的入参，那么B先展开到B链表结构的最左端，然后执行lambda操作{ acc, element -> ... }, 这个lambda里面

第一步

context.fold(this) { acc, element ->
	acc.minusKey(Element.Key)
	// ...
}
//CombineContext的实现
public override fun <R> fold(initial: R, operation: (R, Element) -> R): R =  operation(left.fold(initial, operation), element)

根据CombineContext的实现，知道lambda的acc参数是A (CombineContext)，element参数是B(CombineContext)的fold递归的当前位置的element的元素，acc.minusKey(Element.Key)所做的事情就是移除A (CombineContext)链表中的B(CombineContext)的element元素。

第二步

if (removed === EmptyCoroutineContext) element else {
	// make sure interceptor is always last in the context (and thus is fast to get when present)
	val interceptor = removed[ContinuationInterceptor]
	// ...
}

第一步移除掉element之后，判断剩余的removed链表是不是empty的，如果为空，返回B(CombineContext)的fold递归位置的element元素；不为空，接着从removed链表中获取ContinuationInterceptor上下文（也就是dispatcher）。

第三步

if (interceptor == null) CombinedContext(removed, element) else {  val left = removed.minusKey(ContinuationInterceptor)
if (left === EmptyCoroutineContext) CombinedContext(element, interceptor) else
    CombinedContext(CombinedContext(left, element), interceptor)
}

获取的interceptor为空，那将element和removed链表构造出一个新的CombinedContext节点返回；如果不为空，从removed链表中移除interceptor返回一个不包含interceptor的链表left；移除后left链表为空，那么将element和interceptor构造出一个新的CombinedContext节点返回；left链表不为空，那么将left, element构造出一个新的CombinedContext节点，将新的CombinedContext节点和interceptor早构造出一个新的节点返回。

每一层递归fold操作结束后，返回一个新的context给上一层继续递归，直到结束为止。

操作例子图如下：

有如下两个集合A (CombineContext) + B(CombineContext)：

第一次递归回溯：

第二次递归回溯：

回溯深度取决于入参B的链表长度，B有多长回溯就会发生几次，这里没有加入interceptor上下文元素，减少画图复杂度。

plus操作结论：

1.发现每次返回节点的时候，都会将interceptor移除后，放到节点的最右边的位置，可以知道interceptor一定在链表的头部；

2.lambda表达式中，一定会先移除掉相同key的上下文元素，然后用后加入的element和left链表新建一个CombinedContext节点插入到头部

3.plus操作会覆盖掉有相同key的上下文元素

4.验证以及总结

经过对上面的源码的分析，可以推断出一些上下文元素的操作符操作后，集合的元素排列状态。比如下面操作：

private fun test() {
    val coroutineContext = Job() + CoroutineName("name") + Dispatchers.IO + CoroutineExceptionHandler{ c,e -> }
    Log.i(TAG, "coroutineContext $coroutineContext")
    val newContext = coroutineContext + SupervisorJob()
    Log.i(TAG, "newContext $newContext")
    val newContext = newContext + (Job() + CoroutineName("name2"))
    Log.i(TAG, "newContext $newContext2")
    Log.i(TAG, "newContext[CoroutineName] ${newContext2[CoroutineName]}")
}

打印的日志如下：

I/MainActivity: coroutineContext [

JobImpl{Active}@b32c44,

CoroutineName(name1),

com.meeting.kotlinapplication.MainActivity$test$$inlined$CoroutineExceptionHandler$1@45ec12d,

Dispatchers.IO

]

I/MainActivity: newContext [

CoroutineName(name1),

com.meeting.kotlinapplication.MainActivity$test$$inlined$CoroutineExceptionHandler$1@45ec12d,

SupervisorJobImpl{Active}@1022662,

Dispatchers.IO

]

I/MainActivity: newContext2 [

com.meeting.kotlinapplication.MainActivity$test$$inlined$CoroutineExceptionHandler$1@45ec12d,

JobImpl{Active}@76863f3,

CoroutineName(name2),

Dispatchers.IO

]

I/MainActivity: newContext2[CoroutineName] CoroutineName(name2)

I/MainActivity: coroutineContext [

JobImpl{Active}@b32c44,

CoroutineName(name1),

com.meeting.kotlinapplication.MainActivity$test$$inlined$CoroutineExceptionHandler$1@45ec12d,

Dispatchers.IO

]

可以看出来：

1. Dispatchers元素一定是在链表的头部；

2. 重复key的元素会被后加入的元素覆盖，集合中不存在重复key的元素；

3. +操作后返回新的链表集合，不会影响原始集合链表结构

上面总结的这些性质，可以很好的为job协程的父子关系，子job继承父job的上下文集合这些特性，下一篇我将讲解协程Job父子关系的原理。

Kotlin coroutineContext源码层深入分析

目录

1.CoroutineContext

2.Element的作用

3.CoroutineContext相关的操作符原理解析

3.1.什么类型的集合

3.2.如何管理

Element

combinedContext

4.验证以及总结