Kotlin协程中async与await并行执行的陷阱：理解操作符优先级

本文深入探讨了kotlin协程中`async`和`await`在实现并行操作时，因操作符优先级和表达式求值顺序而导致的潜在陷阱。通过对比两种不同的代码实现，揭示了将`await`调用直接嵌入到表达式中可能导致任务串行执行，而非预期的并行效果。文章提供了正确的并行化策略，并强调了理解语言求值规则的重要性。

在Kotlin协程中，async和await是实现并发和并行操作的核心工具。async函数用于启动一个新的协程，并在后台执行一个挂起函数，它会立即返回一个Deferred对象，代表了未来某个时刻会得到的结果。而await函数则是一个挂起函数，它会暂停当前协程的执行，直到其关联的Deferred对象中的结果可用。正确地使用它们可以显著提高应用程序的响应性和效率，但若对它们的行为和语言的求值规则理解不足，则可能导致意想不到的性能问题。

协程并行任务的基础

考虑以下两个简单的挂起函数，它们分别模拟耗时操作：

suspend fun doSomethingUsefulOne(): Int {
    delay(3000L) // 模拟耗时3秒
    return 20
}

suspend fun doSomethingUsefulTwo(): Int {
    delay(3000L) // 模拟耗时3秒
    return 10
}

我们的目标是并行执行这两个函数，并在它们都完成后获取结果的总和。

正确的并行执行方式

为了实现真正的并行，我们需要在两个任务都启动后，再等待它们的结果。这意味着，async的调用应该发生在await调用之前，并且彼此之间不应相互阻塞。

以下是实现并行执行的正确代码模式：

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    val a = async { doSomethingUsefulOne() } // 启动任务一，立即返回Deferred对象
    val b = async { doSomethingUsefulTwo() } // 启动任务二，立即返回Deferred对象

    // 此时，任务一和任务二都在并行运行

    println("结果: ${a.await() + b.await()}") // 等待两个任务完成并求和
}

在这种情况下，async { doSomethingUsefulOne() }会启动第一个协程并返回一个Deferred<Int>对象给变量a。紧接着，async { doSomethingUsefulTwo() }会启动第二个协程并返回一个Deferred<Int>对象给变量b。由于这两个async调用都是非阻塞的，所以它们几乎是同时启动的。

当执行到a.await() + b.await()时，当前协程会首先等待a的结果。一旦a的结果可用（约3秒后），它会继续等待b的结果。由于b是与a并行启动的，所以b的结果很可能也已经准备就绪，或者只需要很短的时间就能准备就绪。因此，整个操作的总耗时约为3秒，符合我们对并行执行的预期。

潜在的串行执行陷阱

然而，如果我们将async和await的调用直接嵌入到表达式中，特别是作为二元操作符（如+）的操作数时，可能会因为语言的求值顺序而导致意想不到的串行执行：

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    // 这种写法会导致串行执行
    println("结果: ${async { doSomethingUsefulOne() }.await() + async { doSomethingUsefulTwo() }.await()}")
}

在这段代码中，println函数内部的表达式async { doSomethingUsefulOne() }.await() + async { doSomethingUsefulTwo() }.await()会按照Kotlin（以及大多数编程语言）的求值规则进行。对于二元操作符+，其左侧操作数必须完全求值完毕，然后才能开始求值其右侧操作数。

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具体执行流程如下：

1. 求值左侧操作数： async { doSomethingUsefulOne() }.await()

   • async { doSomethingUsefulOne() } 启动第一个协程，并返回一个Deferred对象。
   • .await() 被调用，当前协程会挂起，等待第一个协程完成并返回结果。这个过程需要约3秒。
   • 只有当第一个协程执行完毕并返回20后，左侧操作数的求值才算完成。

2. 求值右侧操作数： async { doSomethingUsefulTwo() }.await()

   • 在左侧操作数完全求值之后，才会开始求值右侧操作数。
   • async { doSomethingUsefulTwo() } 启动第二个协程，并返回一个Deferred对象。
   • .await() 被调用，当前协程会挂起，等待第二个协程完成并返回结果。这个过程也需要约3秒。
   • 只有当第二个协程执行完毕并返回10后，右侧操作数的求值才算完成。

由于这种严格的从左到右的求值顺序，第二个async任务直到第一个async任务完全await完毕后才开始执行。因此，总的执行时间将是两个任务耗时之和，即约3秒 + 3秒 = 6秒，这与我们期望的并行效果大相径庭。

总结与注意事项

这个例子清晰地展示了，即使使用了async来启动并发任务，但如果await调用的放置位置不当，尤其是在表达式中受到操作符求值顺序的影响时，仍然可能导致任务串行化。

核心要点：

• async启动任务，await等待结果。 async会立即返回一个Deferred对象，而await会阻塞当前协程直到结果可用。
• 操作符求值顺序至关重要。 大多数二元操作符（如+, &&, ||等）都会先完全求值其左侧操作数，再求值其右侧操作数。
• 实现并行，先启动所有任务，再统一等待。 为了确保任务并行执行，最佳实践是先将所有async任务启动，并将返回的Deferred对象存储在变量中，然后才分别对这些Deferred对象调用await。

理解这些基本原理对于编写高效、正确的Kotlin协程代码至关重要。在设计并发逻辑时，务必仔细考虑任务的启动时机和结果的等待时机，以避免因求值顺序而导致的性能瓶颈。

以上就是Kotlin协程中async与await并行执行的陷阱：理解操作符优先级的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！