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21 | select：到底是在选择什么？
你好，我是朱涛。今天我们来学习Kotlin协程的select。
select，在目前的Kotlin 1.6当中，仍然是一个实验性的特性（Experimental）。但是，考虑到select具有较强的实用性，我决定还是来给你介绍一下它。
select可以说是软件架构当中非常重要的一个组件，在很多业务场景下，select与Deferred、Channel结合以后，在大大提升程序的响应速度的同时，还可以提高程序的灵活性、扩展性。
今天这节课，我会从select的使用角度着手，带你理解select的核心使用场景，之后也会通过源码帮你进一步分析select API的底层规律。学完这节课以后，你完全可以将select应用到自己的工作当中去。
好，接下来，我们就一起来学习select吧！
select就是选择“更快的结果”
由于select的工作机制比较抽象，我们先来假设一个场景，看看select适用于什么样的场景。
客户端，想要查询一个商品的详情。目前有两个服务：缓存服务，速度快但信息可能是旧的；网络服务，速度慢但信息一定是最新的。
对于这个场景，如果让我们来实现其中的逻辑的话，我们非常轻松地就能实现类似这样的代码逻辑：
// 代码段1
fun main() = runBlocking {
suspend fun getCacheInfo(productId: String): Product? {
delay(100L)
return Product(productId, 9.9)
}
suspend fun getNetworkInfo(productId: String): Product? {
delay(200L)
return Product(productId, 9.8)
}
fun updateUI(product: Product) {
println("${product.productId}==${product.price}")
}
val startTime = System.currentTimeMillis()
val productId = "xxxId"
// 查询缓存
val cacheInfo = getCacheInfo(productId)
if (cacheInfo != null) {
updateUI(cacheInfo)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
// 查询网络
val latestInfo = getNetworkInfo(productId)
if (latestInfo != null) {
updateUI(latestInfo)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
}
data class Product(
val productId: String,
val price: Double
)
/*
输出结果
xxxId==9.9
Time cost: 112
xxxId==9.8
Time cost: 314
*/
考虑到缓存服务速度更快，我们自然而然会这么写，先去查询缓存服务，如果查询到了信息，我们就会去更新UI界面。之后去查询网络服务，拿到最新的信息之后，我们再来更新UI界面。也就是这样：
- 第一步：查询缓存信息；
- 第二步：缓存服务返回信息，更新UI；
- 第三步：查询网络服务；
- 第四步：网络服务返回信息，更新UI。
这种做法的好处在于，用户可以第一时间看到商品的信息，虽然它暂时会展示旧的信息，但由于我们同时查询了网络服务，旧缓存信息也马上会被替代成新的信息。这样的做法，可以最大程度保证用户体验。
不过，以上整个流程都是建立在“缓存服务一定更快”的前提下的，万一我们的缓存服务出了问题，它的速度变慢了，甚至是超时、无响应呢？
这时候，如果你回过头来分析代码段1的话，你就会发现：程序执行流程会卡在第二步，迟迟无法进行第三步。具体来说，是因为getCacheInfo()它是一个挂起函数，只有这个程序执行成功以后，才可以继续执行后面的任务。你也可以把getCacheInfo()当中的delay时间修改成2000毫秒，去验证一下。
/*
执行结果：
xxxId==9.9
Time cost: 2013
xxxId==9.8
Time cost: 2214
*/
那么，面对这样的场景，我们其实需要一个可以灵活选择的语法：“两个挂起函数同时执行，谁返回的速度更快，我们就选择谁”。这其实就是select的典型使用场景。
select和async
上面的这个场景，我们可以用async搭配select来使用。async可以实现并发，select则可以选择最快的结果。
让我们来看看，代码具体该怎么写。
// 代码段2
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val productId = "xxxId"
// 1，注意这里
// ↓
val product = select<Product?> {
// 2，注意这里
async { getCacheInfo(productId) }
.onAwait { // 3，注意这里
it
}
// 4，注意这里
async { getNetworkInfo(productId) }
.onAwait { // 5，注意这里
it
}
}
if (product != null) {
updateUI(product)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
}
/*
输出结果
xxxId==9.9
Time cost: 127
*/
从上面的执行结果，我们可以看到，由于缓存的服务更快，所以，select确实帮我们选择了更快的那个结果。代码中一共有四个注释，我们一起来看看：
- 注释1，我们使用select这个高阶函数包裹了两次查询的服务，同时传入了泛型参数Product，代表我们要选择的数据类型是Product。
- 注释2，4中，我们使用了async包裹了getCacheInfo()、getNetworkInfo()这两个挂起函数，这是为了让这两个查询实现并发执行。
- 注释3，5中，我们使用onAwait{} 将执行结果传给了select{}，而select才能进一步将数据返回给product局部变量。注意了，这里我们用的onAwait{}，而不是await()。
现在，假设，我们的缓存服务出现了问题，需要2000毫秒才能返回：
// 代码段3
suspend fun getCacheInfo(productId: String): Product? {
// 注意这里
delay(2000L)
return Product(productId, 9.9)
}
/*
输出结果
xxxId==9.8
Time cost: 226
*/
这时候，通过执行结果，我们可以发现，我们的select可以在缓存服务出现问题的时候，灵活选择网络服务的结果。从而避免用户等待太长的时间，得到糟糕的体验。
不过，你也许发现了，“代码段1”和“代码段2”其实并不是完全等价的。因为在代码段2当中，用户大概率是会展示旧的缓存信息。但实际场景下，我们是需要进一步更新最新信息的。
其实，在代码段2的基础上，我们也可以轻松实现，只是说，这里我们需要为Product这个数据类增加一个标记。
// 代码段4
data class Product(
val productId: String,
val price: Double,
// 是不是缓存信息
val isCache: Boolean = false
)
然后，我们还需要对代码段2的逻辑进行一些提取：
// 代码段5
fun main() = runBlocking {
suspend fun getCacheInfo(productId: String): Product? {
delay(100L)
return Product(productId, 9.9)
}
suspend fun getNetworkInfo(productId: String): Product? {
delay(200L)
return Product(productId, 9.8)
}
fun updateUI(product: Product) {
println("${product.productId}==${product.price}")
}
val startTime = System.currentTimeMillis()
val productId = "xxxId"
// 1，缓存和网络，并发执行
val cacheDeferred = async { getCacheInfo(productId) }
val latestDeferred = async { getNetworkInfo(productId) }
// 2，在缓存和网络中间，选择最快的结果
val product = select<Product?> {
cacheDeferred.onAwait {
it?.copy(isCache = true)
}
latestDeferred.onAwait {
it?.copy(isCache = false)
}
}
// 3，更新UI
if (product != null) {
updateUI(product)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
// 4，如果当前结果是缓存，那么再取最新的网络服务结果
if (product != null && product.isCache) {
val latest = latestDeferred.await()?: return@runBlocking
updateUI(latest)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
}
/*
输出结果：
xxxId==9.9
Time cost: 120
xxxId==9.8
Time cost: 220
*/
如果你对比代码段1和代码段5的执行结果，会发现代码段5的总体耗时更短。
另外在上面的代码中，还有几个注释，我们一个个看：
- 首先看注释1，我们将getCacheInfo()、getNetworkInfo()提取到了select的外部，让它们通过async并发执行。如果你还记得第16讲思考题当中的逻辑，你一定可以理解这里的async并发。（如果你忘了，可以回过头去看看。）
- 注释2，我们仍然是通过select选择最快的那个结果，接着在注释3这里我们第一时间更新UI界面。
- 注释4，我们判断当前的product是不是来自于缓存，如果是的话，我们还需要用最新的信息更新UI。
然后在这里，假设我们的缓存服务出现了问题，需要2000毫秒才能返回：
// 代码段6
suspend fun getCacheInfo(productId: String): Product? {
// 注意这里
delay(2000L)
return Product(productId, 9.9)
}
/*
输出结果
xxxId==9.8
Time cost: 224
*/
可以看到，代码仍然可以正常执行。其实，当前的这个例子很简单，不使用select同样也可以实现。不过，select这样的代码模式的优势在于，扩展性非常好。
下面，我们可以再来假设一下，现在我们有了多个缓存服务。
对于这个问题，我们其实只需要稍微改动一下代码段3就行了。
// 代码段7
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val productId = "xxxId"
val cacheDeferred = async { getCacheInfo(productId) }
// 变化在这里
val cacheDeferred2 = async { getCacheInfo2(productId) }
val latestDeferred = async { getNetworkInfo(productId) }
val product = select<Product?> {
cacheDeferred.onAwait {
it?.copy(isCache = true)
}
// 变化在这里
cacheDeferred2.onAwait {
it?.copy(isCache = true)
}
latestDeferred.onAwait {
it?.copy(isCache = false)
}
}
if (product != null) {
updateUI(product)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
if (product != null && product.isCache) {
val latest = latestDeferred.await() ?: return@runBlocking
updateUI(latest)
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
}
/*
输出结果
xxxId==9.9
Time cost: 125
xxxId==9.8
Time cost: 232
*/
可以看到，当增加一个缓存服务进来的时候，我们的代码只需要做很小的改动，就可以实现。
所以，总的来说，对比传统的挂起函数串行的执行流程，select这样的代码模式，不仅可以提升程序的整体响应速度，还可以大大提升程序的灵活性、扩展性。
select和Channel
在前面的课程我们提到过，在协程中返回一个内容的时候，我们可以使用挂起函数、async，但如果要返回多个结果的话，就要用Channel和Flow。
那么，这里我们来看看select和Channel的搭配使用。这里，我们有两个管道，channel1、channel2，它们里面的内容分别是1、2、3；a、b、c，我们通过select，将它们当中的数据收集出来并打印。
对于这个问题，如果我们不借助select来实现的话，其实可以大致做到，但结果不会令人满意。
// 代码段8
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val channel1 = produce {
send(1)
delay(200L)
send(2)
delay(200L)
send(3)
delay(150L)
}
val channel2 = produce {
delay(100L)
send("a")
delay(200L)
send("b")
delay(200L)
send("c")
}
channel1.consumeEach {
println(it)
}
channel2.consumeEach {
println(it)
}
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
/*
输出结果
1
2
3
a
b
c
Time cost: 989
*/
可以看到，通过普通的方式，我们的代码是串行执行的，执行结果并不符合预期。channel1执行完毕以后，才会执行channel2，程序总体的执行时间，也是两者的总和。最关键的是，如果channel1当中如果迟迟没有数据的话，我们的程序会一直卡着不执行。
当然，以上的问题，我们通过其他方式也可以解决，但最方便的解决方案，还是select。让我们来看看select与Channel搭配后，会带来什么样的好处。
// 代码段9
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val channel1 = produce {
send("1")
delay(200L)
send("2")
delay(200L)
send("3")
delay(150L)
}
val channel2 = produce {
delay(100L)
send("a")
delay(200L)
send("b")
delay(200L)
send("c")
}
suspend fun selectChannel(channel1: ReceiveChannel<String>, channel2: ReceiveChannel<String>): String = select<String> {
// 1， 选择channel1
channel1.onReceive{
it.also { println(it) }
}
// 2， 选择channel1
channel2.onReceive{
it.also { println(it) }
}
}
repeat(6){// 3， 选择6次结果
selectChannel(channel1, channel2)
}
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
/*
输出结果
1
a
2
b
3
c
Time cost: 540
*/
从程序的执行结果中，我们可以看到，程序的输出结果符合预期，同时它的执行耗时，也比代码段8要少很多。上面的代码中有几个注释，我们来看看：
- 注释1和2，onReceive{} 是Channel在select当中的语法，当Channel当中有数据以后，它就会被回调，通过这个Lambda，我们也可以将结果传出去。
- 注释3，这里我们执行了6次select，目的是要把两个管道中的所有数据都消耗掉。管道1有3个数据、管道2有3个数据，所以加起来，我们需要选择6次。
这时候，假设channel1出了问题，它不再产生数据了，我们看看程序会怎么样执行。
// 代码段10
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val channel1 = produce<String> {
// 变化在这里
delay(15000L)
}
val channel2 = produce {
delay(100L)
send("a")
delay(200L)
send("b")
delay(200L)
send("c")
}
suspend fun selectChannel(channel1: ReceiveChannel<String>, channel2: ReceiveChannel<String>): String = select<String> {
channel1.onReceive{
it.also { println(it) }
}
channel2.onReceive{
it.also { println(it) }
}
}
// 变化在这里
repeat(3){
selectChannel(channel1, channel2)
}
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
/*
输出结果
a
b
c
Time cost: 533
*/
在上面的代码中，我们将channel1当中的send()都删除了，并且，repeat()的次数变成了3次，因为管道里只有三个数据了。
这时候，我们发现，select也是可以正常执行的。
不过，我们有时候可能并不清楚每个Channel当中有多少个数据，比如说，这里如果我们还是写repeat(6)的话，程序就会出问题了。
// 代码段11
// 仅改动这里
repeat(6){
selectChannel(channel1, channel2)
}
/*
崩溃：
Exception in thread "main" ClosedReceiveChannelException: Channel was closed
*/
这时候，你应该就能反应过来了，由于我们的channel2当中只有3个数据，它发送完数据以后就会被关闭，而我们的select是会被调用6次的，所以就会触发上面的ClosedReceiveChannelException异常。
在19讲当中，我们学过receiveCatching()这个方法，它可以封装Channel的结果，防止出现ClosedReceiveChannelException。类似的，当Channel与select配合的时候，我们可以使用onReceiveCatching{} 这个高阶函数。
// 代码段12
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val channel1 = produce<String> {
delay(15000L)
}
val channel2 = produce {
delay(100L)
send("a")
delay(200L)
send("b")
delay(200L)
send("c")
}
suspend fun selectChannel(channel1: ReceiveChannel<String>, channel2: ReceiveChannel<String>): String =
select<String> {
channel1.onReceiveCatching {
it.getOrNull() ?: "channel1 is closed!"
}
channel2.onReceiveCatching {
it.getOrNull() ?: "channel2 is closed!"
}
}
repeat(6) {
val result = selectChannel(channel1, channel2)
println(result)
}
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
/*
输出结果
a
b
c
channel2 is closed!
channel2 is closed!
channel2 is closed!
Time cost: 541
程序不会立即退出
*/
这时候，即使我们不知道管道里有多少个数据，我们也不用担心崩溃的问题了。在onReceiveCatching{} 这个高阶函数当中，我们可以使用it.getOrNull()来获取管道里的数据，如果获取的结果是null，就代表管道已经被关闭了。
不过，上面的代码仍然还有一个问题，那就是，当我们得到所有结果以后，程序不会立即退出，因为我们的channel1一直在delay()。这时候，当我们完成6次repeat()调用以后，我们将channel1、channel2取消即可。
// 代码段13
fun main() = runBlocking {
val startTime = System.currentTimeMillis()
val channel1 = produce<String> {
delay(15000L)
}
val channel2 = produce {
delay(100L)
send("a")
delay(200L)
send("b")
delay(200L)
send("c")
}
suspend fun selectChannel(channel1: ReceiveChannel<String>, channel2: ReceiveChannel<String>): String =
select<String> {
channel1.onReceiveCatching {
it.getOrNull() ?: "channel1 is closed!"
}
channel2.onReceiveCatching {
it.getOrNull() ?: "channel2 is closed!"
}
}
repeat(6) {
val result = selectChannel(channel1, channel2)
println(result)
}
// 变化在这里
channel1.cancel()
channel2.cancel()
println("Time cost: ${System.currentTimeMillis() - startTime}")
}
这时候，我们对比一下代码段13和代码段10的话，就会发现程序的执行效率提升的同时，扩展性和灵活性也更好了。
提示：这种将多路数据以非阻塞的方式合并成一路数据的模式，在其他领域也有广泛的应用，比如说操作系统、Java NIO（Non-blocking I/O），等等。如果你能理解这个案例中的代码，相信你对操作系统、NIO之类的技术也会有一个新的认识。
思考与实战
如果你足够细心的话，你会发现，当我们的Deferred、Channel与select配合的时候，它们原本的API会多一个on前缀。
public interface Deferred : CoroutineContext.Element {
public suspend fun join()
public suspend fun await(): T
// select相关
public val onJoin: SelectClause0
public val onAwait: SelectClause1<T>
}
public interface SendChannel<in E>
public suspend fun send(element: E)
// select相关
public val onSend: SelectClause2<E, SendChannel<E>>
}
public interface ReceiveChannel<out E> {
public suspend fun receive(): E
public suspend fun receiveCatching(): ChannelResult<E>
// select相关
public val onReceive: SelectClause1<E>
public val onReceiveCatching: SelectClause1<ChannelResult<E>>
}
所以，只要你记住了Deferred、Channel的API，你是不需要额外记忆select的API的，只需要在原本的API的前面加上一个on就行了。
另外你要注意，当select与Deferred结合使用的时候，当并行的Deferred比较多的时候，你往往需要在得到一个最快的结果以后，去取消其他的Deferred。
比如说，对于Deferred1、Deferred2、Deferred3、Deferred4、Deferred5，其中Deferred2返回的结果最快，这时候，我们往往会希望取消其他的Deferred，以节省资源。那么在这个时候，我们可以使用类似这样的方式：
fun main() = runBlocking {
suspend fun <T> fastest(vararg deferreds: Deferred<T>): T = select {
fun cancelAll() = deferreds.forEach { it.cancel() }
for (deferred in deferreds) {
deferred.onAwait {
cancelAll()
it
}
}
}
val deferred1 = async {
delay(100L)
println("done1") // 没机会执行
"result1"
}
val deferred2 = async {
delay(50L)
println("done2")
"result2"
}
val deferred3 = async {
delay(10000L)
println("done3") // 没机会执行
"result3"
}
val deferred4 = async {
delay(2000L)
println("done4") // 没机会执行
"result4"
}
val deferred5 = async {
delay(14000L)
println("done5") // 没机会执行
"result5"
}
val result = fastest(deferred1, deferred2, deferred3, deferred4, deferred5)
println(result)
}
/*
输出结果
done2
result2
*/
所以，借助这样的方式，我们不仅可以通过async并发执行协程，也可以借助select得到最快的结果，而且，还可以避免不必要的资源浪费。
小结
好，这节课的内容就到这儿了，我们来做一个简单的总结。
- select，就是选择“更快的结果”。
- 当select与async、Channel搭配以后，我们可以并发执行协程任务，以此大大提升程序的执行效率甚至用户体验，并且还可以改善程序的扩展性、灵活性。
- 关于select的API，我们完全不需要去刻意记忆，只需要在Deferred、Channel的API基础上加上on这个前缀即可。
- 最后，我们还结合实战，分析了select与async产生太多并发协程的时候，还可以定义一个类似fastest()的方法，去统一取消剩余的协程任务。这样的做法，就可以大大节省计算资源，从而平衡性能与功耗。
其实，和Kotlin的Channel一样，select并不是Kotlin独创的概念。select在很多编程语言当中都有类似的实现，比如Go、Rust，等等。在这些计算机语言当中，select的语法可能与Kotlin的不太一样，但背后的核心理念都是“选择更快的结果”。
所以，只要你掌握了Kotlin的select，今后学习其他编程语言的select，都不再是问题。
思考题
前面我们已经说过，select的API，只需要在Deferred、Channel原本API的基础上加一个on前缀即可。比如onAwait{}。那么，你有没有觉得它跟我们前面学的onStart{}、onCompletion{} 之类的回调API很像？
你能从中悟出select的实现原理吗？ 欢迎在留言区说说你的想法，也欢迎你把今天的内容分享给更多的朋友。