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select 表达式(实验性的)

select 表达式可以同时等待多个挂起函数,并 选择 第一个可用的。

Select 表达式在 kotlinx.coroutines 中是一个实验性的特性。这些 API 在 kotlinx.coroutines 库即将到来的更新中可能会发生改变。

在通道中 select

我们现在有两个字符串生产者:fizzbuzz 。其中 fizz 每300毫秒生成一个 “Fizz” 字符串:

fun CoroutineScope.fizz() = produce<String> {
    while (true) { // 每300毫秒发送一个 "Fizz"
        delay(300)
        send("Fizz")
    }
}

接着 buzz 每500毫秒生成一个 “Buzz!” 字符串:

fun CoroutineScope.buzz() = produce<String> {
    while (true) { // 每500毫秒发送一个 "Buzz!"
        delay(500)
        send("Buzz!")
    }
}

使用 receive 挂起函数,我们可以从两个通道接收 其中一个 的数据。 但是 select 表达式允许我们使用其 onReceive 子句 同时 从两者接收:

suspend fun selectFizzBuzz(fizz: ReceiveChannel<String>, buzz: ReceiveChannel<String>) {
    select<Unit> { // <Unit> 意味着该 select 表达式不返回任何结果
        fizz.onReceive { value ->  // 这是第一个 select 子句
            println("fizz -> '$value'")
        }
        buzz.onReceive { value ->  // 这是第二个 select 子句
            println("buzz -> '$value'")
        }
    }
}

让我们运行代码7次:

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*
import kotlinx.coroutines.selects.*

fun CoroutineScope.fizz() = produce<String> {
    while (true) { // 每300毫秒发送一个 "Fizz"
        delay(300)
        send("Fizz")
    }
}

fun CoroutineScope.buzz() = produce<String> {
    while (true) { // 每500毫秒发送一个 "Buzz!"
        delay(500)
        send("Buzz!")
    }
}

suspend fun selectFizzBuzz(fizz: ReceiveChannel<String>, buzz: ReceiveChannel<String>) {
    select<Unit> { // <Unit> 意味着该 select 表达式不返回任何结果
        fizz.onReceive { value ->  // 这是第一个 select 子句
            println("fizz -> '$value'")
        }
        buzz.onReceive { value ->  // 这是第二个 select 子句
            println("buzz -> '$value'")
        }
    }
}

fun main() = runBlocking<Unit> {
//sampleStart
    val fizz = fizz()
    val buzz = buzz()
    repeat(7) {
        selectFizzBuzz(fizz, buzz)
    }
    coroutineContext.cancelChildren() // 取消 fizz 和 buzz 协程
//sampleEnd        
}

你可以点击这里获得完整代码

这段代码的执行结果如下:

fizz -> 'Fizz'
buzz -> 'Buzz!'
fizz -> 'Fizz'
fizz -> 'Fizz'
buzz -> 'Buzz!'
fizz -> 'Fizz'
buzz -> 'Buzz!'

通道关闭时 select

select 中的 onReceive 子句在已经关闭的通道执行会发生失败,并导致相应的 select 抛出异常。我们可以使用 onReceiveOrNull 子句在关闭通道时执行特定操作。以下示例还显示了 select 是一个返回其查询方法结果的表达式:

suspend fun selectAorB(a: ReceiveChannel<String>, b: ReceiveChannel<String>): String =
    select<String> {
        a.onReceiveOrNull { value -> 
            if (value == null) 
                "Channel 'a' is closed" 
            else 
                "a -> '$value'"
        }
        b.onReceiveOrNull { value -> 
            if (value == null) 
                "Channel 'b' is closed"
            else    
                "b -> '$value'"
        }
    }

现在有一个生成四次 “Hello” 字符串的 a 通道, 和一个生成四次 “World” 字符串的 b 通道,我们在这两个通道上使用它:

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*
import kotlinx.coroutines.selects.*

suspend fun selectAorB(a: ReceiveChannel<String>, b: ReceiveChannel<String>): String =
    select<String> {
        a.onReceiveOrNull { value -> 
            if (value == null) 
                "Channel 'a' is closed" 
            else 
                "a -> '$value'"
        }
        b.onReceiveOrNull { value -> 
            if (value == null) 
                "Channel 'b' is closed"
            else    
                "b -> '$value'"
        }
    }
    
fun main() = runBlocking<Unit> {
//sampleStart
    val a = produce<String> {
        repeat(4) { send("Hello $it") }
    }
    val b = produce<String> {
        repeat(4) { send("World $it") }
    }
    repeat(8) { // 打印最早的八个结果
        println(selectAorB(a, b))
    }
    coroutineContext.cancelChildren()  
//sampleEnd      
}    

你可以点击这里获得完整代码

这段代码的结果非常有趣,所以我们将在细节中分析它:

a -> 'Hello 0'
a -> 'Hello 1'
b -> 'World 0'
a -> 'Hello 2'
a -> 'Hello 3'
b -> 'World 1'
Channel 'a' is closed
Channel 'a' is closed

有几个结果可以通过观察得出。

首先,select 偏向于 第一个子句,当可以同时选到多个子句时, 第一个子句将被选中。在这里,两个通道都在不断地生成字符串,因此 a 通道作为 select 中的第一个子句获胜。然而因为我们使用的是无缓冲通道,所以 a 在其调用 send 时会不时地被挂起,进而 b 也有机会发送。

第二个观察结果是,当通道已经关闭时, 会立即选择 onReceiveOrNull

Select 以发送

Select 表达式具有 onSend 子句,可以很好的与选择的偏向特性结合使用。

我们来编写一个整数生成器的示例,当主通道上的消费者无法跟上它时,它会将值发送到 side 通道上:

fun CoroutineScope.produceNumbers(side: SendChannel<Int>) = produce<Int> {
    for (num in 1..10) { // 生产从 1 到 10 的10个数值
        delay(100) // 延迟100毫秒
        select<Unit> {
            onSend(num) {} // 发送到主通道
            side.onSend(num) {} // 或者发送到 side 通道
        }
    }
}

消费者将会非常缓慢,每个数值处理需要250毫秒:

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*
import kotlinx.coroutines.selects.*

fun CoroutineScope.produceNumbers(side: SendChannel<Int>) = produce<Int> {
    for (num in 1..10) { // 生产从 1 到 10 的10个数值
        delay(100) // 延迟100毫秒
        select<Unit> {
            onSend(num) {} // 发送到主通道
            side.onSend(num) {} // 或者发送到 side 通道
        }
    }
}

fun main() = runBlocking<Unit> {
//sampleStart
    val side = Channel<Int>() // 分配 side 通道
    launch { // 对于 side 通道来说,这是一个很快的消费者
        side.consumeEach { println("Side channel has $it") }
    }
    produceNumbers(side).consumeEach { 
        println("Consuming $it")
        delay(250) // 不要着急,让我们正确消化消耗被发送来的数字
    }
    println("Done consuming")
    coroutineContext.cancelChildren()  
//sampleEnd      
}

你可以点击这里获得完整代码

让我们看看会发生什么:

Consuming 1
Side channel has 2
Side channel has 3
Consuming 4
Side channel has 5
Side channel has 6
Consuming 7
Side channel has 8
Side channel has 9
Consuming 10
Done consuming

Select 延迟值

延迟值可以使用 onAwait 子句查询。 让我们启动一个异步函数,它在随机的延迟后会延迟返回字符串:

fun CoroutineScope.asyncString(time: Int) = async {
    delay(time.toLong())
    "Waited for $time ms"
}

让我们随机启动十余个异步函数,每个都延迟随机的时间。

fun CoroutineScope.asyncStringsList(): List<Deferred<String>> {
    val random = Random(3)
    return List(12) { asyncString(random.nextInt(1000)) }
}

现在 main 函数在等待第一个函数完成,并统计仍处于激活状态的延迟值的数量。注意,我们在这里使用 select 表达式事实上是作为一种 Kotlin DSL, 所以我们可以用任意代码为它提供子句。在这种情况下,我们遍历一个延迟值的队列,并为每个延迟值提供 onAwait 子句的调用。

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.selects.*
import java.util.*
    
fun CoroutineScope.asyncString(time: Int) = async {
    delay(time.toLong())
    "Waited for $time ms"
}

fun CoroutineScope.asyncStringsList(): List<Deferred<String>> {
    val random = Random(3)
    return List(12) { asyncString(random.nextInt(1000)) }
}

fun main() = runBlocking<Unit> {
//sampleStart
    val list = asyncStringsList()
    val result = select<String> {
        list.withIndex().forEach { (index, deferred) ->
            deferred.onAwait { answer ->
                "Deferred $index produced answer '$answer'"
            }
        }
    }
    println(result)
    val countActive = list.count { it.isActive }
    println("$countActive coroutines are still active")
//sampleEnd
}

你可以点击这里获得完整代码

该输出如下:

Deferred 4 produced answer 'Waited for 128 ms'
11 coroutines are still active

在延迟值通道上切换

我们现在来编写一个通道生产者函数,它消费一个产生延迟字符串的通道,并等待每个接收的延迟值,但它只在下一个延迟值到达或者通道关闭之前处于运行状态。此示例将 onReceiveOrNullonAwait 子句放在同一个 select 中:

fun CoroutineScope.switchMapDeferreds(input: ReceiveChannel<Deferred<String>>) = produce<String> {
    var current = input.receive() // 从第一个接收到的延迟值开始
    while (isActive) { // 循环直到被取消或关闭
        val next = select<Deferred<String>?> { // 从这个 select 中返回下一个延迟值或 null
            input.onReceiveOrNull { update ->
                update // 替换下一个要等待的值
            }
            current.onAwait { value ->  
                send(value) // 发送当前延迟生成的值
                input.receiveOrNull() // 然后使用从输入通道得到的下一个延迟值
            }
        }
        if (next == null) {
            println("Channel was closed")
            break // 跳出循环
        } else {
            current = next
        }
    }
}

为了测试它,我们将用一个简单的异步函数,它在特定的延迟后返回特定的字符串:

fun CoroutineScope.asyncString(str: String, time: Long) = async {
    delay(time)
    str
}

main 函数只是启动一个协程来打印 switchMapDeferreds 的结果并向它发送一些测试数据:

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.channels.*
import kotlinx.coroutines.selects.*
    
fun CoroutineScope.switchMapDeferreds(input: ReceiveChannel<Deferred<String>>) = produce<String> {
    var current = input.receive() // 从第一个接收到的延迟值开始
    while (isActive) { // 循环直到被取消或关闭
        val next = select<Deferred<String>?> { // 从这个 select 中返回下一个延迟值或 null
            input.onReceiveOrNull { update ->
                update // 替换下一个要等待的值
            }
            current.onAwait { value ->  
                send(value) // 发送当前延迟生成的值
                input.receiveOrNull() // 然后使用从输入通道得到的下一个延迟值
            }
        }
        if (next == null) {
            println("Channel was closed")
            break // 跳出循环
        } else {
            current = next
        }
    }
}

fun CoroutineScope.asyncString(str: String, time: Long) = async {
    delay(time)
    str
}

fun main() = runBlocking<Unit> {
//sampleStart
    val chan = Channel<Deferred<String>>() // 测试使用的通道
    launch { // 启动打印协程
        for (s in switchMapDeferreds(chan)) 
            println(s) // 打印每个获得的字符串
    }
    chan.send(asyncString("BEGIN", 100))
    delay(200) // 充足的时间来生产 "BEGIN"
    chan.send(asyncString("Slow", 500))
    delay(100) // 不充足的时间来生产 "Slow"
    chan.send(asyncString("Replace", 100))
    delay(500) // 在最后一个前给它一点时间
    chan.send(asyncString("END", 500))
    delay(1000) // 给执行一段时间
    chan.close() // 关闭通道……
    delay(500) // 然后等待一段时间来让它结束
//sampleEnd
}

你可以点击这里获得完整代码

这段代码的执行结果:

BEGIN
Replace
END
Channel was closed