コルーチンの基礎

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この章では、基礎的なコルーチンの概要を範囲としている。

初めてのコルーチン

コルーチンは、中断可能な計算結果のインスタンスである。それはコードのブロックを、コードの残りと並列に動作させるという意味で、概念的にはスレッドに近い。しかし、コルーチンは特定のスレッドに結びついていない。あるスレッドで、実行を一時中断し、他のスレッドで再開することが可能である。
コルーチンは軽量なスレッドとして考えることができるが、現実の使い方において、スレッドとはかなり異なる、多くの重要な点が存在する。
初めての動作するコルーチンとして次のコードを実行してみる。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking { // thisはCoroutineScope
    launch { // 新しいコルーチンを起動して続行する
        delay(1000L) // 1秒間ノンブロッキングな遅延 (デフォルトの時間単位はミリ秒)
        println("World!") // 遅延の後で表示
    }
    println("Hello") // メインのコルーチンは、前のものが遅延している間、続行する
}

次のような結果が表示されるだろう。

Hello
World!

このコードが何をするのか、解剖していこう。
launchは、コルーチンビルダーである。これは残りのコードと並列に新しいコルーチンを起動し、独立して動作し続ける。それがHelloが最初に表示された理由である。
delayは特別なsuspend関数である。それは指定した時間、コルーチンを中断する。コルーチンを中断することは、その潜在的なスレッドをブロックせず、他のコルーチンでそのコードのために潜在的なスレッドを実行し、使うことができる。
runBlockingも、コルーチンビルダーであり、一般的なfun main()のコルーチン外の世界と、runBlocking { ... }の中カッコの内部のコルーチンのコードとの橋渡しをする。これは、runBlockingの中カッコの開始の直後で、this: CoroutineScopeヒントにより、IDEで強調表示される。
もし、コード内でrunBlockingを削除あるいは、つけ忘れると、lauch呼び出しで、エラーが表示されるだろう。なぜなら、launchはCoroutineScopeでのみ、宣言されるからである。

Unresolved reference: launch

runBlockingの名前は、それを実行するスレッド(このケースではメインスレッド)が、runBlocking { ... }の内側のすてのコルーチンが実行を完了するまで、呼び出しの間ブロックされるという意味である。runBlockingがアプリケーションの最上位レベルで使われ、実際のコードの内部ではほとんど使われないのを度々見るだろうが、スレッドは高価なリソースであり、ブロッキングするのは非効率であり、大抵望ましくない。

構造化された並行性

コルーチンは、構造化された並列性の原則に従っており、それは、新しいコルーチンは、コルーチンの生存期間を決める、特定のCoroutineScopeでのみ起動する、という意味である。上の例では、runBlockingは、対応するスコープを確立していることを示しており、それが、前のサンプルが、1秒遅延した後で、Worldが表示されるまで待機し、そのあとでのみ終了する理由である。
実際のアプリケーションでは、たくさんのコルーチンが起動されるだろう。構造化された並行性により、それらが失われたり、漏れたりしないことが保証される。外側のスコープは、すべての子のコルーチンが完了するまで完了することができない。構造化された並行性により、すべてのエラーは適切に報告され、決して失われないことも、保証されている。

関数を抽出リファクタリング

launch { ... }の内部のコードブロックを分割した関数に抽出してみよう。このコードにおいて「関数を抽出」リファクタリングするときは、新しい関数suspend修飾子をつける。これが初めてのsuspend関数である。suspend関数は、コルーチンの内側で、単に通常の関数のように使うことができるが、追加の機能として、今度はコルーチンの実行を中断するための(この例のdelayのような)他のsuspend関数を使うことができる。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking { // thisはCoroutineScope
    launch { doWorld() }
    println("Hello")
}

// これは最初のsuspend関数
suspend fun doWorld() {
    delay(1000L)
    println("World!")
}

スコープビルダー

異なるビルダーにより、提供されるコルーチンスコープに加え、CoroutineScopeを使う、独自のスコープを宣言することができる。それはコルーチンスコープを作り、すべての起動した子が完了するまで完了しない。
runBlockingとcoroutineScopeのビルダーは、両方とも本体とすべての子が完了するまで待つので、似ているように見えるかもしれない。主な違いは、runBlockingメソッドは待つための現在のスレッドを待つ一方で、coroutineScopeは、他が利用するために配下のスレッドを中断し、解放するだけである。この違いのため、runBlockingは通常の関数であり、coroutineScopeはsuspend関数である。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    doWorld()
}

suspend fun doWorld() = coroutineScope {  // thisはCoroutineScope
    launch {
        delay(1000L)
        println("World!")
    }
    println("Hello")
}

このコードも次のような出力になる。

Hello
World!

スコープビルダーと並列性

coroutineScopeビルダーは、複数の並列操作を実行するため、内部にどんなsuspend関数を使うことができる。doWorldsuspend関数内部に二つの並列コルーチンを起動しよう。

import kotlinx.coroutines.*

// doWorld、続いて"Done"を順次実行する
fun main() = runBlocking {
    doWorld()
    println("Done")
}

// 並列で両方のセクションを実行する
suspend fun doWorld() = coroutineScope { // thisはCoroutineScope
    launch {
        delay(2000L)
        println("World 2")
    }
    launch {
        delay(1000L)
        println("World 1")
    }
    println("Hello")
}

launch { ... }ブロック内部の両方のコードは、並列に実行され、開始から1秒後にWorld 1が出力され、開始から2秒後にWorld 2が出力される。

明示的なジョブ

launchコルーチンビルダーは、起動したコルーチンの取っ手であり、その完了を明示的に待つために使うことができる、Jobオブジェクトを返却する。例えば、子のコルーチンを待ち、その後"Done"文字列を出力することができる。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    val job = launch { // 新しいコルーチンを起動し、そのJobへの参照を保持する。
        delay(1000L)
        println("World!")
    }
    println("Hello")
    job.join() // 子のコルーチンの完了を待つ
    println("Done")     
}

このコードは次の結果となる。

Hello
World!
Done

コルーチンは軽量

コルーチンはJVMのスレッドよりも、リソースがよりかからない。リソースの限界に到達せずに、コルーチンを使って、スレッドを使うことを表現することができるとき、JVMの利用可能なメモリを使い果たすようコーディングをしてみる。例えば、次のコードは10万回、明示的なコルーチンを起動し、それぞれが5秒待ちピリオド('.')を表示するが、メモリの消費は非常に少ない。

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    repeat(100_000) { // たくさんのコルーチンを起動する
        launch {
            delay(5000L)
            print(".")
        }
    }
}

もしスレッドを使う同じプログラムを書く(runBlockingを削除し、launchをthreadに置換、delayをThread.sleepに置換)する場合、おそらく過度にメモリを消費し、out-of-memoryエラーをスローするだろう。