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Android 异步编程中协程的完整实战示例

一、全链路数据加载:网络请求 + 数据库缓存

在实际开发中,数据加载通常需要先检查本地缓存,若缓存失效则从网络获取,并将结果更新到本地。以下是完整的 MVVM 架构示例:

1. 项目结构
app/
├── data/               # 数据层
│   ├── model/          # 数据模型
│   │   └── User.kt
│   ├── remote/         # 网络层
│   │   └── UserApiService.kt
│   ├── local/          # 本地数据库(Room)
│   │   ├── UserDao.kt
│   │   └── AppDatabase.kt
│   └── repository/     # 仓库层
│       └── UserRepository.kt
├── ui/                 # UI 层
│   └── UserListActivity.kt
└── viewmodel/          # ViewModel 层└── UserListViewModel.kt
2. 关键代码实现
2.1 数据模型(User.kt)
@Entity(tableName = "users")
data class User(@PrimaryKey val id: String,val name: String,val age: Int,val lastUpdateTime: Long = System.currentTimeMillis() // 缓存时间戳
)
2.2 网络层(UserApiService.kt)

使用 Retrofit 定义挂起函数(协程友好):

interface UserApiService {@GET("users")suspend fun getUsersFromNetwork(): Response<List<User>>
}
2.3 本地数据库(UserDao.kt)

Room DAO 支持协程(suspend 函数自动在 IO 线程执行):

@Dao
interface UserDao {@Query("SELECT * FROM users")suspend fun getCachedUsers(): List<User>@Insert(onConflict = OnConflictStrategy.REPLACE)suspend fun insertUsers(users: List<User>)@Query("DELETE FROM users")suspend fun clearCache()
}
2.4 仓库层(UserRepository.kt)

协程的核心逻辑层,处理网络请求、缓存策略和数据合并:

class UserRepository(private val apiService: UserApiService,private val userDao: UserDao
) {// 缓存有效期(假设 5 分钟)private val CACHE_DURATION = 5 * 60 * 1000L// 获取用户数据(优先缓存,缓存过期则从网络加载)suspend fun getUsers(): Result<List<User>> = withContext(Dispatchers.IO) {try {// 步骤1:检查本地缓存是否有效val cachedUsers = userDao.getCachedUsers()if (cachedUsers.isNotEmpty() && isCacheValid(cachedUsers)) {return@withContext Result.success(cachedUsers)}// 步骤2:缓存无效,从网络获取val response = apiService.getUsersFromNetwork()if (response.isSuccessful) {val remoteUsers = response.body() ?: emptyList()// 步骤3:更新本地缓存userDao.clearCache()userDao.insertUsers(remoteUsers)return@withContext Result.success(remoteUsers)}// 网络请求失败时,返回缓存(即使过期)if (cachedUsers.isNotEmpty()) {return@withContext Result.success(cachedUsers)}Result.failure(Exception("网络请求失败且无缓存"))} catch (e: Exception) {Result.failure(e)}}// 检查缓存是否有效(取最新一条数据的时间戳)private fun isCacheValid(users: List<User>): Boolean {val latestTime = users.maxOfOrNull { it.lastUpdateTime } ?: 0Lreturn System.currentTimeMillis() - latestTime < CACHE_DURATION}
}
2.5 ViewModel 层(UserListViewModel.kt)

使用 viewModelScope 启动协程,管理数据加载状态:

class UserListViewModel(private val repository: UserRepository
) : ViewModel() {private val _uiState = MutableStateFlow<UiState>(UiState.Loading)val uiState: StateFlow<UiState> = _uiState.asStateFlow()fun loadUsers() {viewModelScope.launch {_uiState.value = UiState.Loadingwhen (val result = repository.getUsers()) {is Result.Success -> {_uiState.value = UiState.Success(result.data)}is Result.Failure -> {_uiState.value = UiState.Error(result.exception.message)}}}}sealed class UiState {object Loading : UiState()data class Success(val users: List<User>) : UiState()data class Error(val message: String?) : UiState()}class UserListViewModelFactory(private val repository: UserRepository) : ViewModelProvider.Factory {override fun <T : ViewModel> create(modelClass: Class<T>): T {if (modelClass.isAssignableFrom(UserListViewModel::class.java)) {@Suppress("UNCHECKED_CAST")return UserListViewModel(repository) as T}throw IllegalArgumentException("Unknown ViewModel class")}}
}
2.6 UI 层(UserListActivity.kt)

观察 StateFlow 并更新 UI:

class UserListActivity : AppCompatActivity() {private lateinit var binding: ActivityUserListBindingprivate val viewModel: UserListViewModel by viewModels {UserListViewModelFactory(UserRepository()) // 这里需要提供UserRepository的实例}override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)binding = ActivityUserListBinding.inflate(layoutInflater)setContentView(binding.root)// 观察 UI 状态lifecycleScope.launch {viewModel.uiState.collect { state ->when (state) {is UserListViewModel.UiState.Loading -> showLoading()is UserListViewModel.UiState.Success -> showUsers(state.users)is UserListViewModel.UiState.Error -> showError(state.message)}}}// 触发数据加载viewModel.loadUsers()}private fun showLoading() {binding.progressBar.visibility = View.VISIBLEbinding.recyclerView.visibility = View.GONEbinding.errorText.visibility = View.GONE}private fun showUsers(users: List<User>) {binding.progressBar.visibility = View.GONEbinding.recyclerView.visibility = View.VISIBLEbinding.errorText.visibility = View.GONE// 初始化 RecyclerView 并设置适配器binding.recyclerView.adapter = UserAdapter(users)}private fun showError(message: String?) {binding.progressBar.visibility = View.GONEbinding.recyclerView.visibility = View.GONEbinding.errorText.visibility = View.VISIBLEbinding.errorText.text = message ?: "加载失败"}
}

二、协程的取消与资源清理

在协程中执行文件操作、网络请求或打开数据库连接时,需要确保协程取消时释放资源。以下是资源清理的完整示例

2.1 取消协程时关闭文件
// 在 ViewModel 中启动一个协程,读取大文件并处理
fun processLargeFile(filePath: String) {viewModelScope.launch {val file = File(filePath)val inputStream = file.inputStream()try {// 模拟逐行读取文件(可取消)var line: String?while (isActive) { // 检查协程是否活跃line = inputStream.bufferedReader().readLine()if (line == null) breakprocessLine(line) // 处理每一行数据}} finally {// 协程取消时,确保关闭文件流inputStream.close()Log.d("FileProcess", "文件流已关闭")}}
}
2.2 取消网络请求(Retrofit + 协程)

Retrofit 的 Call 对象支持协程取消,协程取消时会自动取消底层的网络请求:

// 定义可取消的网络请求
suspend fun fetchData(): Result<Data> = withContext(Dispatchers.IO) {try {val response = apiService.getData() // Retrofit 的 suspend 函数if (response.isSuccessful) {Result.success(response.body()!!)} else {Result.failure(Exception("HTTP 错误: ${response.code()}"))}} catch (e: CancellationException) {// 协程被取消时触发,可在此记录日志或清理资源Log.d("Network", "请求被取消")throw e // 重新抛出,确保上层知道协程已取消} catch (e: Exception) {Result.failure(e)}
}

三、Flow 的高级用法:处理背压与热流

3.1 背压(Backpressure)处理

当生产者发射数据过快,消费者处理不过来时,使用 conflate(取最新值)或 buffer(缓存数据)解决背压问题:

// 模拟传感器数据(每秒发射 100 次)
fun sensorDataFlow(): Flow<Int> = flow {var value = 0while (true) {emit(value++)delay(10) // 10ms 发射一次(100Hz)}
}.flowOn(Dispatchers.IO)// 在 ViewModel 中收集数据(每秒处理 1 次)
fun startSensorMonitoring() {viewModelScope.launch {sensorDataFlow().conflate() // 只处理最新值,丢弃中间未处理的数据// .buffer(10) // 缓存 10 个数据,超出则挂起生产者.collect { value ->delay(1000) // 模拟耗时处理(1Hz)_sensorValue.value = value}}
}
3.2 SharedFlow:多订阅者热流

SharedFlow 适用于多个订阅者需要接收同一数据流的场景(如事件广播):

// 在 Repository 中定义 SharedFlow
class EventRepository {private val _eventFlow = MutableSharedFlow<Event>()val eventFlow: SharedFlow<Event> = _eventFlow.asSharedFlow()// 发送事件(如网络状态变化)suspend fun sendEvent(event: Event) {_eventFlow.emit(event)}
}// 在多个 Activity/Fragment 中订阅
lifecycleScope.launch {eventRepository.eventFlow.collect { event ->when (event) {is Event.NetworkConnected -> updateNetworkStatus(true)is Event.NetworkDisconnected -> updateNetworkStatus(false)}}
}

四、协程与 WorkManager 集成:后台任务

WorkManager 是 Android 官方的后台任务调度库,支持协程。以下是使用协程实现后台数据同步的示例:

4.1 定义协程 Worker
class DataSyncWorker(context: Context, params: WorkerParameters) : CoroutineWorker(context, params) {override suspend fun doWork(): Result {return withContext(Dispatchers.IO) {try {// 执行后台数据同步(调用 Repository)val result = repository.syncData()if (result.isSuccess) {Result.success()} else {Result.retry() // 失败后重试}} catch (e: Exception) {Result.failure()}}}
}
4.2 调度后台任务
// 在需要的地方(如 Application)调度每日同步
val workRequest = PeriodicWorkRequestBuilder<DataSyncWorker>(1, TimeUnit.DAYS).setConstraints(Constraints.Builder().setRequiredNetworkType(NetworkType.CONNECTED).build()).build()WorkManager.getInstance(context).enqueue(workRequest)

五、协程测试:使用 TestCoroutineDispatcher

测试协程代码时,需控制协程的执行时间和顺序。使用 kotlinx-coroutines-test 库中的 TestCoroutineDispatcher 或 runTest 方法:

5.1 单元测试示例
class UserRepositoryTest {private lateinit var repository: UserRepositoryprivate lateinit var testDispatcher: TestDispatcher@Beforefun setup() {testDispatcher = UnconfinedTestDispatcher() // 无限制调度器(立即执行)val apiService = mockk<UserApiService>()val userDao = mockk<UserDao>()repository = UserRepository(apiService, userDao)}@Testfun `getUsers 缓存有效时返回缓存数据`() = runTest(testDispatcher) {// 模拟缓存数据(有效期内)val cachedUsers = listOf(User("1", "Alice", 20, System.currentTimeMillis()))every { userDao.getCachedUsers() } returns cachedUsersval result = repository.getUsers()assertTrue(result is Result.Success)assertEquals(cachedUsers, (result as Result.Success).data)}@Testfun `getUsers 缓存过期时从网络加载`() = runTest(testDispatcher) {// 模拟过期缓存val expiredUsers = listOf(User("1", "Alice", 20, System.currentTimeMillis() - 10 * 60 * 1000))every { userDao.getCachedUsers() } returns expiredUsers// 模拟网络成功响应val remoteUsers = listOf(User("2", "Bob", 25))coEvery { apiService.getUsersFromNetwork() } returns Response.success(remoteUsers)val result = repository.getUsers()// 验证网络请求被调用,且缓存被更新coVerify { apiService.getUsersFromNetwork() }coVerify { userDao.insertUsers(remoteUsers) }assertTrue(result is Result.Success)assertEquals(remoteUsers, (result as Result.Success).data)}
}

六、总结:协程的完整使用规范

通过以上示例,可以总结出 Android 协程开发的最佳实践

  1. 结构化并发:始终使用 lifecycleScope 或 viewModelScope 管理协程生命周期,避免内存泄漏。
  2. 明确线程分工:IO 操作使用 Dispatchers.IO,计算任务使用 Dispatchers.Default,UI 更新使用 Dispatchers.Main(默认)。
  3. 异常处理分层
    • 网络 / 数据库层:返回 Result 类型或抛出可恢复异常。
    • ViewModel 层:统一捕获异常并转换为 UI 状态(如 LoadingError)。
    • UI 层:根据状态更新界面,避免在协程内直接操作 UI(通过 StateFlow/LiveData 间接更新)。
  4. 资源清理:使用 try-finally 或 use 方法确保文件流、网络连接等资源在协程取消时释放。
  5. 测试覆盖:使用 runTest 和 TestDispatcher 测试协程逻辑,验证数据加载、缓存策略和异常处理的正确性。

通过遵循这些规范,协程能显著提升 Android 异步代码的可读性可维护性健壮性,是现代 Android 开发的核心工具之一。

http://www.lryc.cn/news/2395090.html

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