面试题：Kotlin协程上下文与调度器：复杂场景下的优化

Question

在一个大型的Kotlin微服务架构中，存在多个不同类型的任务，有的任务对CPU计算要求高，有的任务I/O操作频繁，且这些任务之间存在复杂的依赖关系。请设计一套基于Kotlin协程上下文与调度器机制的优化方案，确保系统资源得到合理利用，任务执行效率最大化，同时要考虑到异常处理和资源隔离等问题，并详细说明方案的设计思路和实现要点。

Answer 1

设计思路

1. 任务分类：根据任务对CPU和I/O的需求不同，将任务分为CPU密集型和I/O密集型。
2. 调度器选择：
   • CPU密集型任务：使用Dispatchers.Default调度器，它使用共享的线程池，适合CPU密集计算，可有效利用多核CPU资源。
   • I/O密集型任务：使用Dispatchers.IO调度器，它优化了I/O操作，使用一个专门的线程池，避免I/O操作阻塞其他任务。
3. 协程上下文：为每个任务类型创建特定的协程上下文，包含对应的调度器和异常处理策略。
4. 资源隔离：通过不同的调度器线程池实现一定程度的资源隔离，防止某类任务耗尽所有资源影响其他任务。
5. 异常处理：在协程上下文中设置异常处理器，确保任务出现异常时能被捕获和处理，避免整个系统崩溃。

实现要点

1. 定义任务类型：

sealed class TaskType {
    object CPUIntensive : TaskType()
    object IOIntensive : TaskType()
}

2. 创建协程上下文：

val cpuContext = CoroutineExceptionHandler { _, exception ->
    // 处理CPU密集型任务异常
    println("CPU Intensive Task Exception: $exception")
} + Dispatchers.Default

val ioContext = CoroutineExceptionHandler { _, exception ->
    // 处理I/O密集型任务异常
    println("IO Intensive Task Exception: $exception")
} + Dispatchers.IO

3. 任务执行函数：

fun executeTask(taskType: TaskType, task: suspend () -> Unit) {
    val context = when (taskType) {
        TaskType.CPUIntensive -> cpuContext
        TaskType.IOIntensive -> ioContext
    }
    GlobalScope.launch(context) {
        task()
    }
}

4. 示例任务：

// CPU密集型任务示例
val cpuTask: suspend () -> Unit = {
    var result = 0
    for (i in 1..1000000) {
        result += i
    }
    println("CPU Task Result: $result")
}

// I/O密集型任务示例
val ioTask: suspend () -> Unit = {
    // 模拟I/O操作，例如读取文件
    println("IO Task: Reading file...")
    delay(1000)
    println("IO Task: File read completed")
}

5. 调用任务：

executeTask(TaskType.CPUIntensive, cpuTask)
executeTask(TaskType.IOIntensive, ioTask)

6. 处理任务依赖：
   • 使用async和await函数来处理任务之间的依赖关系。例如，如果一个任务依赖另一个任务的结果：

val ioResultDeferred = GlobalScope.async(ioContext) {
    // I/O密集型任务返回结果
    delay(1000)
    "IO Task Result"
}

val cpuTaskDependentOnIo: suspend () -> Unit = {
    val ioResult = ioResultDeferred.await()
    println("CPU Task depending on IO result: $ioResult")
}

executeTask(TaskType.CPUIntensive, cpuTaskDependentOnIo)