Kotlin 協程與 Flow

Kotlin 協程與 Flow 是做什麼的？

在 Android 與 Kotlin Multiplatform 專案中，結構化併發、基於 Flow 的反應式串流以及協程測試的模式。

何時啟用

• 使用 Kotlin 協程撰寫非同步程式碼
• 使用 Flow、StateFlow 或 SharedFlow 處理反應式資料
• 處理並行操作（平行載入、防抖、重試）
• 測試協程與 Flow
• 管理協程範圍與取消

結構化併發

範圍階層

Application
  └── viewModelScope (ViewModel)
        └── coroutineScope { } (結構化子項)
              ├── async { } (並行任務)
              └── async { } (並行任務)

永遠使用結構化併發 — 不要使用 GlobalScope：

// 不好
GlobalScope.launch { fetchData() }

// 好 — 範圍綁定 ViewModel 生命週期
viewModelScope.launch { fetchData() }

// 好 — 範圍綁定 Composable 生命週期
LaunchedEffect(key) { fetchData() }

平行分解

使用 coroutineScope + async 進行平行工作：

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

當子協程失敗不應取消兄弟協程時，使用 supervisorScope：

suspend fun syncAll() = supervisorScope {
    launch { syncItems() }       // 此處失敗不會取消 syncStats
    launch { syncStats() }
    launch { syncSettings() }
}

Flow 模式

冷 Flow — 一次性到串流轉換

fun observeItems(): Flow<List<Item>> = flow {
    // 每當資料庫變更時重新發射
    itemDao.observeAll()
        .map { entities -> entities.map { it.toDomain() } }
        .collect { emit(it) }
}

用於 UI 狀態的 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) 在最後一個訂閱者離開後，會保持上游活躍 5 秒 — 可在不重新啟動的情況下度過配置變更。

結合多個 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 運算子

// 防抖搜尋輸入
searchQuery
    .debounce(300)
    .distinctUntilChanged()
    .flatMapLatest { query -> repository.search(query) }
    .catch { emit(emptyList()) }
    .collect { results -> _state.update { it.copy(results = results) } }

// 使用指數退避重試
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
        }
    }

用於一次性事件的 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("已刪除項目"))
        }
    }
}

// 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)
        }
    }
}

調度器

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

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

// 主執行緒 (UI) — 在 viewModelScope 中為預設
withContext(Dispatchers.Main) { updateUi() }

在 KMP 中，使用 Dispatchers.Default 和 Dispatchers.Main（所有平台皆可用）。Dispatchers.IO 僅限 JVM/Android — 在其他平台上請使用 Dispatchers.Default 或透過 DI 提供。

取消

合作式取消

長時間運行的迴圈必須檢查取消狀態：

suspend fun processItems(items: List<Item>) = coroutineScope {
    for (item in items) {
        ensureActive()  // 若已取消則擲回 CancellationException
        process(item)
    }
}

使用 try/finally 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) }  // 即使取消也一定會執行
    }
}

測試

使用 Turbine 測試 StateFlow

@Test
fun `搜尋更新項目列表`() = runTest {
    val fakeRepository = FakeItemRepository().apply { emit(testItems) }
    val viewModel = ItemListViewModel(GetItemsUseCase(fakeRepository))

    viewModel.state.test {
        assertEquals(ItemListState(), awaitItem())  // 初始狀態

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

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

使用 TestDispatcher 測試

@Test
fun `平行載入正確完成`() = runTest {
    val viewModel = DashboardViewModel(
        itemRepo = FakeItemRepo(),
        statsRepo = FakeStatsRepo()
    )

    viewModel.load()
    advanceUntilIdle()

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

偽造 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 })
    }
}

應避免的反模式

• 使用 GlobalScope — 會洩漏協程，沒有結構化取消
• 在沒有範圍的 init {} 中收集 Flow — 應使用 viewModelScope.launch
• 使用可變集合的 MutableStateFlow — 永遠使用不可變複本：_state.update { it.copy(list = it.list + newItem) }
• 捕獲 CancellationException — 讓它傳播以實現正確的取消
• 使用 flowOn(Dispatchers.Main) 收集 — 收集的調度器是呼叫者的調度器
• 在 @Composable 中不使用 remember 建立 Flow — 每次重組都會重新建立 flow

參考資料

參閱技能：compose-multiplatform-patterns 以了解 Flow 的 UI 消費。 參閱技能：android-clean-architecture 以了解協程在各層中的定位。