Kotlin 协程与 Flow

Kotlin 协程与 Flow 是做什么的？

适用于 Android 和 Kotlin Multiplatform 项目的结构化并发、Flow 响应式流和协程测试模式。

何时激活

• 使用 Kotlin 协程编写异步代码时
• 使用 Flow、StateFlow 或 SharedFlow 处理响应式数据时
• 处理并发操作（并行加载、防抖、重试）时
• 测试协程和 Flow 时
• 管理协程作用域和取消时

结构化并发

作用域层级结构

Application
  └── viewModelScope (ViewModel)
        └── coroutineScope { } (结构化子作用域)
              ├── async { } (并发任务)
              └── async { } (并发任务)

始终使用结构化并发 —— 不要使用 GlobalScope：

// 错误
GlobalScope.launch { fetchData() }

// 正确 —— 限定在 ViewModel 生命周期内
viewModelScope.launch { fetchData() }

// 正确 —— 限定在 Composable 生命周期内
LaunchedEffect(key) { fetchData() }

并行分解

使用 coroutineScope + async 实现并行工作：

suspend fun loadDashboard(): Dashboard = coroutineScope {
    val items = async { itemRepository.getRecent() }
    val stats = async { statsRepository.getToday() }
    val profile = async { userRepository.getCurrent() }
    Dashboard(
        items = items.await(),
        stats = stats.await(),
        profile = profile.await()
    )
}

SupervisorScope

当子协程的失败不应取消兄弟协程时，使用 supervisorScope：

suspend fun syncAll() = supervisorScope {
    launch { syncItems() }       // 此处失败不会取消 syncStats
    launch { syncStats() }
    launch { syncSettings() }
}

Flow 模式

冷流 —— 一次性转换为流

fun observeItems(): Flow<List<Item>> = flow {
    // 每当数据库更改时重新发射
    itemDao.observeAll()
        .map { entities -> entities.map { it.toDomain() } }
        .collect { emit(it) }
}

用于 UI 状态的 StateFlow

class DashboardViewModel(
    observeProgress: ObserveUserProgressUseCase
) : ViewModel() {
    val progress: StateFlow<UserProgress> = observeProgress()
        .stateIn(
            scope = viewModelScope,
            started = SharingStarted.WhileSubscribed(5_000),
            initialValue = UserProgress.EMPTY
        )
}

WhileSubscribed(5_000) 在上游最后一个订阅者离开后保持活跃 5 秒钟 —— 可以在不重启的情况下应对配置变更。

合并多个 Flow

val uiState: StateFlow<HomeState> = combine(
    itemRepository.observeItems(),
    settingsRepository.observeTheme(),
    userRepository.observeProfile()
) { items, theme, profile ->
    HomeState(items = items, theme = theme, profile = profile)
}.stateIn(viewModelScope, SharingStarted.WhileSubscribed(5_000), HomeState())

Flow 操作符

// 对搜索输入进行防抖
searchQuery
    .debounce(300)
    .distinctUntilChanged()
    .flatMapLatest { query -> repository.search(query) }
    .catch { emit(emptyList()) }
    .collect { results -> _state.update { it.copy(results = results) } }

// 带指数退避的重试
fun fetchWithRetry(): Flow<Data> = flow { emit(api.fetch()) }
    .retryWhen { cause, attempt ->
        if (cause is IOException && attempt < 3) {
            delay(1000L * (1 shl attempt.toInt()))
            true
        } else {
            false
        }
    }

用于一次性事件的 SharedFlow

class ItemListViewModel : ViewModel() {
    private val _effects = MutableSharedFlow<Effect>()
    val effects: SharedFlow<Effect> = _effects.asSharedFlow()

    sealed interface Effect {
        data class ShowSnackbar(val message: String) : Effect
        data class NavigateTo(val route: String) : Effect
    }

    private fun deleteItem(id: String) {
        viewModelScope.launch {
            repository.delete(id)
            _effects.emit(Effect.ShowSnackbar("Item deleted"))
        }
    }
}

// 在 Composable 中收集
LaunchedEffect(Unit) {
    viewModel.effects.collect { effect ->
        when (effect) {
            is Effect.ShowSnackbar -> snackbarHostState.showSnackbar(effect.message)
            is Effect.NavigateTo -> navController.navigate(effect.route)
        }
    }
}

调度器

// CPU 密集型工作
withContext(Dispatchers.Default) { parseJson(largePayload) }

// IO 密集型工作
withContext(Dispatchers.IO) { database.query() }

// 主线程（UI）—— viewModelScope 中的默认项
withContext(Dispatchers.Main) { updateUi() }

在 KMP 中，使用 Dispatchers.Default 和 Dispatchers.Main（所有平台可用）。Dispatchers.IO 仅限 JVM/Android —— 在其他平台上使用 Dispatchers.Default 或通过依赖注入提供。

取消

协作式取消

长时间运行的循环必须检查取消状态：

suspend fun processItems(items: List<Item>) = coroutineScope {
    for (item in items) {
        ensureActive()  // 如果已取消则抛出 CancellationException
        process(item)
    }
}

使用 try/finally 进行清理

viewModelScope.launch {
    try {
        _state.update { it.copy(isLoading = true) }
        val data = repository.fetch()
        _state.update { it.copy(data = data) }
    } finally {
        _state.update { it.copy(isLoading = false) }  // 始终执行，即使被取消
    }
}

测试

使用 Turbine 测试 StateFlow

@Test
fun `search updates item list`() = runTest {
    val fakeRepository = FakeItemRepository().apply { emit(testItems) }
    val viewModel = ItemListViewModel(GetItemsUseCase(fakeRepository))

    viewModel.state.test {
        assertEquals(ItemListState(), awaitItem())  // 初始状态

        viewModel.onSearch("query")
        val loading = awaitItem()
        assertTrue(loading.isLoading)

        val loaded = awaitItem()
        assertFalse(loaded.isLoading)
        assertEquals(1, loaded.items.size)
    }
}

使用 TestDispatcher 测试

@Test
fun `parallel load completes correctly`() = runTest {
    val viewModel = DashboardViewModel(
        itemRepo = FakeItemRepo(),
        statsRepo = FakeStatsRepo()
    )

    viewModel.load()
    advanceUntilIdle()

    val state = viewModel.state.value
    assertNotNull(state.items)
    assertNotNull(state.stats)
}

伪造 Flow

class FakeItemRepository : ItemRepository {
    private val _items = MutableStateFlow<List<Item>>(emptyList())

    override fun observeItems(): Flow<List<Item>> = _items

    fun emit(items: List<Item>) { _items.value = items }

    override suspend fun getItemsByCategory(category: String): Result<List<Item>> {
        return Result.success(_items.value.filter { it.category == category })
    }
}

应避免的反模式

• 使用 GlobalScope —— 造成协程泄漏，无结构化取消机制
• 在 init {} 中收集 Flow 而无作用域 —— 应使用 viewModelScope.launch
• 使用带有可变集合的 MutableStateFlow —— 始终使用不可变副本：_state.update { it.copy(list = it.list + newItem) }
• 捕获 CancellationException —— 应让其传播以实现正确取消
• 使用 flowOn(Dispatchers.Main) 来收集 —— 收集调度器是调用者的调度器
• 在 @Composable 中创建 Flow 而不使用 remember —— 每次重组都会重新创建 flow

参考

关于 UI 消费 Flow 的内容，请参阅技能：compose-multiplatform-patterns 关于协程在各层中的位置，请参阅技能：android-clean-architecture