快速进阶 Kotlin Flow：掌握异步开发技巧

在 Android 运用开发中，异步编程是不可防止的，而 Kotlin Flow 是一个强壮的库，可以使异步操作愈加高雅和易于管理。本文将深化探讨 Kotlin Flow 的运用方法，同时也会解析其背后的完成原理，帮助你更好地了解这一技能。

什么是 Kotlin Flow？

Kotlin Flow 是依据 Kotlin 协程的库，专门用于处理异步数据流。它的设计创意来自于呼应式编程，经过供给一系列的操作符，可以让开发者以相似于集合操作的方法处理连续的异步事情流。

Flow 的基本概念

发射器（Emitter）

在 Kotlin Flow 中，数据的产生者被称为发射器（Emitter）。经过调用 flow { ... }，你可以定义一个发射器，并运用 emit() 函数来发射数据。例如：

fun simpleFlow(): Flow<Int> = flow {
    for (i in 1..5) {
        emit(i)
    }
}

搜集器（Collector）

搜集器（Collector）用于接纳发射器发射的数据。经过调用 collect 函数，你可以订阅并处理发射的数据。例如：

val flow = simpleFlow()
flow.collect { value ->
    println(value)
}

实践运用示例

让我们看一下如何在实践场景中运用 Kotlin Flow。假定我们需求从网络获取用户列表，然后将其存储到 Room 数据库中，最后经过 ViewModel 将数据展现在界面上。

// 从网络恳求获取用户列表的函数
suspend fun fetchUsers(): List<User> {
    // ... 主张网络恳求并获取数据
}
// 保存用户列表到 Room 数据库的函数
suspend fun saveUsersToDatabase(users: List<User>) {
    // ... 将数据保存到数据库
}
// 在 ViewModel 中运用 Kotlin Flow
class UserViewModel : ViewModel() {
    val usersFlow: Flow<List<User>> = flow {
        try {
            val users = fetchUsers() // 从网络获取用户列表
            saveUsersToDatabase(users) // 保存到数据库
            emit(users) // 发射数据
        } catch (e: Exception) {
            // 处理反常，例如发射一个空列表或过错信息
            emit(emptyList())
            // 或者运用过错状况流
            // errorFlow.emit(e)
        }
    }.flowOn(Dispatchers.IO)
}

Flow 的完成原理

Kotlin Flow 的完成原理依据 Kotlin 协程的基础设施。协程答应在函数履行进程中挂起，等候某些条件满足后康复履行。Flow 利用了这一特性来完成数据流的处理。

在 Flow 内部，数据流被建模为一系列的悬挂函数调用。每次发射数据时，发射器会暂停并将数据传递给订阅者。而订阅者在搜集数据时会挂起，并等候数据传递。这样，经过协程的挂起和康复机制，Flow 完成了数据的异步传递和处理。

此外，Flow 还支撑冷流的特性。只要在有订阅者时，发射器才会开端履行。这有助于防止不必要的核算和资源浪费。

暖流与冷流的差异

Kotlin Flow 中的暖流和冷流是有关数据流传递方法的两种不同模式。

冷流

冷流是指每个订阅者都有自己的数据流。在冷流模式下，每逢有新的订阅者订阅数据流时，数据流的发射进程会重新开端。订阅者之间不会同享数据。

暖流

暖流是指数据源开端产生数据后，这些数据会当即传递给一切现已订阅的订阅者。订阅者不管何时订阅，都会从当时数据开端接纳。

以下示例展现了冷流和暖流的差异：

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.flow.*
fun main() = runBlocking {
    val coldFlow = flow {
        emit("A")
        emit("B")
        emit("C")
    }
    // 冷流示例
    launch {
        println("Cold Flow Subscription 1:")
        coldFlow.collect {
            println(it)
        }
    }
    delay(1000) // 等候一秒
    // 同一个冷流，另一个订阅者
    launch {
        println("Cold Flow Subscription 2:")
        coldFlow.collect {
            println(it)
        }
    }
    delay(3000) // 等候三秒，以演示差异
    val hotFlow = MutableSharedFlow<String>()
    // 暖流示例
    launch {
        println("Hot Flow Subscription 1:")
        hotFlow.collect {
            println(it)
        }
    }
    delay(1000) // 等候一秒
    // 同一个暖流，另一个订阅者
    launch {
        println("Hot Flow Subscription 2:")
        hotFlow.collect {
            println(it)
        }
    }
    // 数据源开端产生数据
    hotFlow.emit("X")
    hotFlow.emit("Y")
    hotFlow.emit("Z")
    delay(1000) // 等候一秒
}

在这个示例中，coldFlow 是一个冷流，而 hotFlow 是一个暖流。你会注意到，在冷流中，每个订阅者都会从头开端接纳数据，而在暖流中，一切已订阅的订阅者会当即接纳到最新的数据。

请注意，因为 Kotlin Flow 自身是冷流，要完成真实的暖流，你需求运用 SharedFlow 或相似的技能。

转化操作符

Flow 供给了多种转化操作符，用于对数据流进行改换、过滤和合并等操作。常见的操作符包含 map、filter、transform 等。

flow.map { user ->
    "${user.firstName} ${user.lastName}"
}
    .filter { fullName -> fullName.length > 10 }
    .collect { value ->
        println(value)
    }

过错处理与反常处理

在实践运用中，处理异步操作时必须考虑过错和反常情况。在 Kotlin Flow 中，你可以运用 catch 操作符来捕获和处理反常，保证运用的稳定性。

flow
    .catch { e ->
        println("Exception caught: $e")
        // 可以在此处进行适当的过错处理，例如发射一个默认值
        // emit(defaultValue)
    }
    .collect { value ->
        println(value)
    }

异步流的处理

Kotlin Flow 十分适宜处理异步操作。经过运用 flowOn 操作符，可以将数据流切换到指定的调度器上，完成在不同线程中履行异步操作。

flow
    .flowOn(Dispatchers.IO)
    .collect { value ->
        println("Value: $value on thread: ${Thread.currentThread().name}")
    }

调度器和线程切换

调度器和线程切换是完成异步操作的重要部分。Kotlin Flow 答应你运用 flowOn 操作符来切换数据流的履行线程。

在 Android 开发中，一般运用 Dispatchers.IO 调度器来履行网络恳求等耗时操作，运用 Dispatchers.Main 调度器在主线程中更新界面。你可以依据不同的需求和场景挑选适宜的调度器。例如：

flow
    .flowOn(Dispatchers.IO) // 将流的履行切换到 IO 线程
    .collect { value ->
        // 在主线程更新 UI
        updateUI(value)
    }

背压处理战略

背压处理战略是指在数据产生速率超过消费速率时的一种处理机制。Kotlin Flow 供给了几种不同的背压处理战略，以习惯不同的情况。

1. Buffer（缓冲）

buffer 战略会在数据流中运用一个缓冲区来存储数据，当数据产生速率超过消费速率时，数据会暂时存储在缓冲区中，直到有足够的空间将其传递给订阅者。这可以保证数据不会丢掉，但或许会占用更多的内存。

flow
    .buffer()
    .collect { value ->
        println(value)
    }

2. Conflate（合并）

conflate 战略会在数据产生速率超过消费速率时，越过一些数据，只保留最新的数据。这样可以减少内存占用，但会丢掉一部分数据。

flow
    .conflate()
    .collect { value ->
        println(value)
    }

3. CollectLatest

collectLatest 战略会在新的数据抵达时撤销之前的数据处理，并只处理最新的数据。这在处理用户输入等连续事情时特别有用。

flow
    .collectLatest { value ->
        println(value)
    }

挑选适宜的背压处理战略取决于你的运用需求。假如需求保留一切数据并保证不丢掉，可以挑选 buffer 战略。假如内存占用是一个问题，可以挑选 conflate 战略。假如只关怀最新的数据，可以挑选 collectLatest 战略。

撤销操作

在异步操作中，撤销是一个重要的考虑要素。Kotlin Flow 集成了 Kotlin 协程的撤销机制，使得撤销操作变得简略而高效。

运用协程效果域

在 Flow 中进行撤销操作时，主张运用协程效果域来保证操作的一致性。经过 coroutineScope 函数，你可以创立一个协程效果域，然后在效果域内发动 Flow 操作。

viewModelScope.launch {
    flow.collect { value ->
        if (shouldCancel) {
            // 撤销操作
            cancel()
        }
        println(value)
    }
}

经过 CancellationSignal 进行撤销

Kotlin Flow 还供给了 onEach 操作符，答应你在每次发射数据时查看撤销状况。你可以运用 CancellableContinuation 来查看撤销状况，并在需求时抛出撤销反常。

flow
    .onEach { value ->
        if (isCancelled) {
            throw CancellationException("Flow was cancelled")
        }
        println(value)
    }
    .collect { value ->
        println(value)
    }

资源整理

在处理异步操作时，还需求注意及时整理资源，以防止内存走漏或其他问题。

运用 try-finally 进行资源整理

可以运用 try-finally 块来保证资源得到正确的开释，即便产生反常或撤销操作。

viewModelScope.launch {
    try {
        flow.collect { value ->
            // 处理数据
        }
    } finally {
        // 进行资源整理，如封闭数据库衔接、撤销网络恳求等
    }
}

运用 channelFlow 进行资源整理

对于需求手动开释资源的情况，你可以运用 channelFlow 函数，它答应你在 Flow 中履行一些额定的操作，如资源整理。

val flow = channelFlow {
    // 发射数据
    send(data)
    // 履行资源整理操作
    awaitClose {
        // 在封闭通道之前进行资源整理，如封闭数据库衔接、撤销网络恳求等
    }
}

结合撤销和资源整理

当撤销操作和资源整理同时存在时，你可以将它们结合起来，以保证在撤销操作产生时进行资源整理。

viewModelScope.launch {
    try {
        flow.collect { value ->
            if (isCancelled) {
                throw CancellationException("Flow was cancelled")
            }
            // 处理数据
        }
    } finally {
        // 进行资源整理，如封闭数据库衔接、撤销网络恳求等
    }
}

Kotlin Flow vs. RxJava

异步编程范式

Kotlin Flow 和 RxJava 都是用于完成异步编程的库，但它们在编程范式上有所不同。RxJava 依据呼应式编程范式，运用 Observables 和 Observers 来处理异步事情流。而 Kotlin Flow 依据 Kotlin 协程，经过 Flow 和搜集器（Collectors）来完成异步数据流的处理。这两种范式各有优势，开发者可以依据个人偏好和项目需求进行挑选。

协程集成

Kotlin Flow 是 Kotlin 协程的一部分，因此它天生与 Kotlin 协程无缝集成。这意味着你可以在同一个代码块中运用协程和 Flow，完成愈加一致和明晰的异步编程。RxJava 也供给了与协程集成的方法，但与 Kotlin Flow 比较，或许需求更多的适配和装备。

冷流与暖流

Kotlin Flow 支撑冷流和暖流的概念，这有助于慵懒核算和资源优化。冷流保证每个订阅者都有自己的数据流，不会同享数据。暖流在数据产生后传递给一切订阅者，即便在订阅之后也可以接纳之前的数据。RxJava 也有相似的概念，但在运用时需求特别注意防止潜在的内存走漏和资源浪费。

线程调度

RxJava 和 Kotlin Flow 都供给了线程调度的机制，答应在不同线程中履行异步操作。在 RxJava 中，你可以运用 observeOn 和 subscribeOn 来切换线程。而在 Kotlin Flow 中，你可以运用 flowOn 操作符来完成线程切换。两者的运用方法相似，但 Kotlin Flow 可以愈加自然地与协程集成，防止了额定的装备。

背压处理

RxJava 供给了丰厚的背压处理战略，例如缓存、丢掉、最新值等。在处理高频率事情流时，这些战略可以帮助操控数据流的流量。Kotlin Flow 也供给了相似的背压处理战略，如 buffer、conflate 和 collectLatest。挑选哪种库取决于你对背压处理的需求和熟悉程度。

适用场景

挑选运用 Kotlin Flow 还是 RxJava 取决于你的项目需求和团队经验。以下是一些适用场景的示例：

• Kotlin Flow 适用场景：

  • 假如你现已在项目中广泛运用了 Kotlin 协程，那么运用 Kotlin Flow 可以愈加一致地集成异步处理。
  • 假如你喜欢运用 Kotlin 语言特性，Kotlin Flow 供给了更具 Kotlin 风格的异步编程。
  • 假如你期望简化异步编程，Kotlin Flow 的呼应式操作符与集合操作相似，易于了解和运用。
  • 假如你需求运用 Kotlin 协程的其他特性，如撤销、超时和反常处理，Kotlin Flow 可以愈加自然地与之集成。

• RxJava 适用场景：

  • 假如你现已在项目中广泛运用了 RxJava，或对 RxJava 有深化的了解，持续运用它或许愈加方便。
  • 假如你需求丰厚的背压处理战略来操控高频率事情流的流量，RxJava 供给了更多的挑选。
  • 假如你需求与其他依据 RxJava 的库集成，持续运用 RxJava 或许愈加方便。

结论

Kotlin Flow 是一个强壮的库，用于处理异步数据流。经过了解其基本概念、完成原理以及背压处理战略，你可以更好地利用 Kotlin Flow 完成呼应式异步编程，以及在不同场景下挑选适宜的战略来处理数据流。这将帮助你构建更健壮、高效的 Android 运用。

推荐

android_startup: 供给一种在运用发动时可以愈加简略、高效的方法来初始化组件，优化发动速度。不只支撑Jetpack App Startup的悉数功用，还供给额定的同步与异步等候、线程操控与多进程支撑等功用。

AwesomeGithub: 依据Github的客户端，纯练习项目，支撑组件化开发，支撑账户暗码与认证登陆。运用Kotlin语言进行开发，项目架构是依据JetPack&DataBinding的MVVM；项目中运用了Arouter、Retrofit、Coroutine、Glide、Dagger与Hilt等盛行开源技能。

flutter_github: 依据Flutter的跨渠道版别Github客户端，与AwesomeGithub相对应。

android-api-analysis: 结合详细的Demo来全面解析Android相关的知识点, 帮助读者可以更快的把握与了解所论述的关键。

daily_algorithm: 每日一算法，由浅入深，欢迎加入一起共勉。