Dart 異步編程

編程中的代碼執行，一般分爲同步與異步兩種。簡單說，同步就是按照代碼的編寫順序，從上到下依次執行，這也是最簡單的咱們最常接觸的一種形式。可是同步代碼的缺點也顯而易見，若是其中某一行或幾行代碼很是耗時，那麼就會阻塞，使得後面的代碼不能被馬上執行。html

異步的出現正是爲了解決這種問題，它可使某部分耗時代碼不在當前這條執行線路上馬上執行，那究竟怎麼執行呢？最多見的一種方案是使用多線程，也就至關於開闢另外一條執行線，而後讓耗時代碼在另外一條執行線上運行，這樣兩條執行線並列，耗時代碼天然也就不能阻塞主執行線上的代碼了。git

多線程雖然好用，可是在大量併發時，仍然存在兩個較大的缺陷，一個是開闢線程比較耗費資源，線程開多了機器吃不消，另外一個則是線程的鎖問題，多個線程操做共享內存時須要加鎖，複雜狀況下的鎖競爭不只會下降性能，還可能形成死鎖。所以又出現了基於事件的異步模型。簡單說就是在某個單線程中存在一個事件循環和一個事件隊列，事件循環不斷的從事件隊列中取出事件來執行，這裏的事件就比如是一段代碼，每當遇到耗時的事件時，事件循環不會停下來等待結果，它會跳過耗時事件，繼續執行其後的事件。當不耗時的事件都完成了，再來查看耗時事件的結果。所以，耗時事件不會阻塞整個事件循環，這讓它後面的事件也會有機會獲得執行。github

咱們很容易發現，這種基於事件的異步模型，只適合I/O密集型的耗時操做，由於I/O耗時操做，每每是把時間浪費在等待對方傳送數據或者返回結果，所以這種異步模型每每用於網絡服務器併發。若是是計算密集型的操做，則應當儘量利用處理器的多核，實現並行計算。web

Dart 的事件循環

Dart 是事件驅動的體系結構，該結構基於具備單個事件循環和兩個隊列的單線程執行模型。 Dart雖然提供調用堆棧。可是它使用事件在生產者和消費者之間傳輸上下文。事件循環由單個線程支持，所以根本不須要同步和鎖定。編程

Dart 的兩個隊列分別是api

MicroTask queue 微任務隊列bash
Event queue 事件隊列服務器

Dart事件循環執行如上圖所示markdown

先查看MicroTask隊列是否爲空，不是則先執行MicroTask隊列
一個MicroTask執行完後，檢查有沒有下一個MicroTask，直到MicroTask隊列爲空，纔去執行Event隊列
在Evnet 隊列取出一個事件處理完後，再次返回第一步，去檢查MicroTask隊列是否爲空

咱們能夠看出，將任務加入到MicroTask中能夠被儘快執行，但也須要注意，當事件循環在處理MicroTask隊列時，Event隊列會被卡住，應用程序沒法處理鼠標單擊、I/O消息等等事件。網絡

調度任務

注意，如下調用的方法，都定義在dart:async庫中。

將任務添加到MicroTask隊列有兩種方法

import  'dart:async';

void  myTask(){
    print("this is my task");
}

void  main() {
    # 1. 使用 scheduleMicrotask 方法添加
    scheduleMicrotask(myTask);

    # 2. 使用Future對象添加
    new  Future.microtask(myTask);
}
複製代碼

將任務添加到Event隊列

import  'dart:async';

void  myTask(){
    print("this is my task");
}

void  main() {
    new  Future(myTask);
}
複製代碼

如今學會了調度任務，趕忙編寫代碼驗證以上的結論

import  'dart:async';

void  main() {
    print("main start");

    new  Future((){
        print("this is my task");
    });

    new  Future.microtask((){
        print("this is microtask");
    });

    print("main stop");
}
複製代碼

運行結果：

main start
main stop
this is microtask
this is my task
複製代碼

能夠看到，代碼的運行順序並非按照咱們的編寫順序來的，將任務添加到隊列並不等於馬上執行，它們是異步執行的，當前main方法中的代碼執行完以後，纔會去執行隊列中的任務，且MicroTask隊列運行在Event隊列以前。

延時任務

如須要將任務延伸執行，則可以使用Future.delayed方法

new  Future.delayed(new  Duration(seconds:1),(){
    print('task delayed');
});
複製代碼

表示在延遲時間到了以後將任務加入到Event隊列。須要注意的是，這並非準確的，萬一前面有很耗時的任務，那麼你的延遲任務不必定能準時運行。

import  'dart:async';
import  'dart:io';

void  main() {
    print("main start");

    new Future.delayed(new  Duration(seconds:1),(){
        print('task delayed');
    });

    new Future((){
        // 模擬耗時5秒
        sleep(Duration(seconds:5));
        print("5s task");
    });

    print("main stop");
}
複製代碼

運行結果：

main start
main stop
5s task
task delayed
複製代碼

從結果能夠看出，delayed方法調用在前面，可是它顯然並未直接將任務加入Event隊列，而是須要等待1秒以後纔會去將任務加入，但在這1秒之間，後面的new Future代碼直接將一個耗時任務加入到了Event隊列，這就直接致使寫在前面的delayed任務在1秒後只能被加入到耗時任務以後，只有當前面耗時任務完成後，它纔有機會獲得執行。這種機制使得延遲任務變得不太可靠，你沒法肯定延遲任務到底在延遲多久以後被執行。

Future 詳解

Future類是對將來結果的一個代理，它返回的並非被調用的任務的返回值。

void  myTask(){
    print("this is my task");
}

void  main() {
    Future fut = new  Future(myTask);
}
複製代碼

如上代碼，Future類實例fut並非函數myTask的返回值，它只是代理了myTask函數，封裝了該任務的執行狀態。

建立 Future

Future的幾種建立方法

Future()
Future.microtask()
Future.sync()
Future.value()
Future.delayed()
Future.error()

其中sync是同步方法，任務會被當即執行

import  'dart:async';

void  main() {
    print("main start");

new  Future.sync((){
    print("sync task");
});

new  Future((){
    print("async task");
});

    print("main stop");
}
複製代碼

運行結果：

main start
sync task
main stop
async task
複製代碼

註冊回調

當Future中的任務完成後，咱們每每須要一個回調，這個回調當即執行，不會被添加到事件隊列。

import 'dart:async';

void main() {
  print("main start");


  Future fut =new Future.value(18);
  // 使用then註冊回調
  fut.then((res){
    print(res);
  });

 // 鏈式調用，能夠跟多個then，註冊多個回調
  new Future((){
    print("async task");
  }).then((res){
    print("async task complete");
  }).then((res){
    print("async task after");
  });

  print("main stop");
}
複製代碼

運行結果：

main start
main stop
18
async task
async task complete
async task after
複製代碼

除了then方法，還可使用catchError來處理異常，以下

new Future((){
    print("async task");
  }).then((res){
    print("async task complete");
  }).catchError((e){
    print(e);
  });
複製代碼

還可使用靜態方法wait 等待多個任務所有完成後回調。

import 'dart:async';

void main() {
  print("main start");

  Future task1 = new Future((){
    print("task 1");
    return 1;
  });

  Future task2 = new Future((){
    print("task 2");
    return 2;
  });
    
  Future task3 = new Future((){
    print("task 3");
    return 3;
  });

  Future fut = Future.wait([task1, task2, task3]);
  fut.then((responses){
    print(responses);
  });

  print("main stop");
}
複製代碼

運行結果：

main start
main stop
task 1
task 2
task 3
[1, 2, 3]
複製代碼

如上，wait返回一個新的Future，當添加的全部Future完成時，在新的Future註冊的回調將被執行。

async 和 await

在Dart1.9中加入了async和await關鍵字，有了這兩個關鍵字，咱們能夠更簡潔的編寫異步代碼，而不須要調用Future相關的API

將 async 關鍵字做爲方法聲明的後綴時，具備以下意義

被修飾的方法會將一個 Future 對象做爲返回值
該方法會同步執行其中的方法的代碼直到第一個 await 關鍵字，而後它暫停該方法其餘部分的執行；
一旦由 await 關鍵字引用的 Future 任務執行完成，await的下一行代碼將當即執行。

// 導入io庫，調用sleep函數
import 'dart:io';

// 模擬耗時操做，調用sleep函數睡眠2秒
doTask() async{
  await sleep(const Duration(seconds:2));
  return "Ok";
}

// 定義一個函數用於包裝
test() async {
  var r = await doTask();
  print(r);
}

void main(){
  print("main start");
  test();
  print("main end");
}
複製代碼

運行結果：

main start
main end
Ok
複製代碼

須要注意，async 不是並行執行，它是遵循Dart 事件循環規則來執行的，它僅僅是一個語法糖，簡化Future API的使用。

Isolate

前面已經說過，將很是耗時的任務添加到事件隊列後，仍然會拖慢整個事件循環的處理，甚至是阻塞。可見基於事件循環的異步模型仍然是有很大缺點的，這時候咱們就須要Isolate，這個單詞的中文意思是隔離。

簡單說，能夠把它理解爲Dart中的線程。但它又不一樣於線程，更恰當的說應該是微線程，或者說是協程。它與線程最大的區別就是不能共享內存，所以也不存在鎖競爭問題，兩個Isolate徹底是兩條獨立的執行線，且每一個Isolate都有本身的事件循環，它們之間只能經過發送消息通訊，因此它的資源開銷低於線程。

從主Isolate建立一個新的Isolate有兩種方法

spawnUri

static Future<Isolate> spawnUri()

spawnUri方法有三個必須的參數，第一個是Uri，指定一個新Isolate代碼文件的路徑，第二個是參數列表，類型是List<String>，第三個是動態消息。須要注意，用於運行新Isolate的代碼文件中，必須包含一個main函數，它是新Isolate的入口方法，該main函數中的args參數列表，正對應spawnUri中的第二個參數。如不須要向新Isolate中傳參數，該參數可傳空List

主Isolate中的代碼：

import 'dart:isolate'; 


void main() {
  print("main isolate start");
  create_isolate();
  print("main isolate stop");
}

// 建立一個新的 isolate
create_isolate() async{
  ReceivePort rp = new ReceivePort();
  SendPort port1 = rp.sendPort;

  Isolate newIsolate = await Isolate.spawnUri(new Uri(path: "./other_task.dart"), ["hello, isolate", "this is args"], port1);

  SendPort port2;
  rp.listen((message){
    print("main isolate message: $message");
    if (message[0] == 0){
      port2 = message[1];
    }else{
      port2?.send([1,"這條信息是 main isolate 發送的"]);
    }
  });

  // 能夠在適當的時候，調用如下方法殺死建立的 isolate
  // newIsolate.kill(priority: Isolate.immediate);
}
複製代碼

建立other_task.dart文件，編寫新Isolate的代碼

import 'dart:isolate';
import  'dart:io';


void main(args, SendPort port1) {
  print("isolate_1 start");
  print("isolate_1 args: $args");

  ReceivePort receivePort = new ReceivePort();
  SendPort port2 = receivePort.sendPort;

  receivePort.listen((message){
    print("isolate_1 message: $message");
  });

  // 將當前 isolate 中建立的SendPort發送到主 isolate中用於通訊
  port1.send([0, port2]);
  // 模擬耗時5秒
  sleep(Duration(seconds:5));
  port1.send([1, "isolate_1 任務完成"]);

  print("isolate_1 stop");
}
複製代碼

運行主Isolate的結果：

main isolate start
main isolate stop
isolate_1 start
isolate_1 args: [hello, isolate, this is args]
main isolate message: [0, SendPort]
isolate_1 stop
main isolate message: [1, isolate_1 任務完成]
isolate_1 message: [1, 這條信息是 main isolate 發送的]
複製代碼

整個消息通訊過程如上圖所示，兩個Isolate是經過兩對Port對象通訊，一對Port分別由用於接收消息的ReceivePort對象，和用於發送消息的SendPort對象構成。其中SendPort對象不用單首創建，它已經包含在ReceivePort對象之中。須要注意，一對Port對象只能單向發消息，這就如同一根自來水管，ReceivePort和SendPort分別位於水管的兩頭，水流只能從SendPort這頭流向ReceivePort這頭。所以，兩個Isolate之間的消息通訊確定是須要兩根這樣的水管的，這就須要兩對Port對象。

理解了Isolate消息通訊的原理，那麼在Dart代碼中，具體是如何操做的呢？

ReceivePort對象經過調用listen方法，傳入一個函數可用來監聽並處理髮送來的消息。SendPort對象則調用send()方法來發送消息。send方法傳入的參數能夠是null,num, bool, double,String, List ,Map或者是自定義的類。在上例中，咱們發送的是包含兩個元素的 List對象，第一個元素是整型，表示消息類型，第二個元素則表示消息內容。

spawn

static Future<Isolate> spawn()

除了使用spawnUri，更經常使用的是使用spawn方法來建立新的Isolate，咱們一般但願將新建立的Isolate代碼和main Isolate代碼寫在同一個文件，且不但願出現兩個main函數，而是將指定的耗時函數運行在新的Isolate，這樣作有利於代碼的組織和代碼的複用。spawn方法有兩個必須的參數，第一個是須要運行在新Isolate的耗時函數，第二個是動態消息，該參數一般用於傳送主Isolate的SendPort對象。

spawn的用法與spawnUri類似，且更爲簡潔，將上面例子稍做修改以下

import 'dart:isolate'; 
import  'dart:io';

void main() {
  print("main isolate start");
  create_isolate();
  print("main isolate end");
}

// 建立一個新的 isolate
create_isolate() async{
  ReceivePort rp = new ReceivePort();
  SendPort port1 = rp.sendPort;

  Isolate newIsolate = await Isolate.spawn(doWork, port1);

  SendPort port2;
  rp.listen((message){
    print("main isolate message: $message");
    if (message[0] == 0){
      port2 = message[1];
    }else{
      port2?.send([1,"這條信息是 main isolate 發送的"]);
    }
  });
}

// 處理耗時任務
void doWork(SendPort port1){
  print("new isolate start");
  ReceivePort rp2 = new ReceivePort();
  SendPort port2 = rp2.sendPort;

  rp2.listen((message){
    print("doWork message: $message");
  });

  // 將新isolate中建立的SendPort發送到主isolate中用於通訊
  port1.send([0, port2]);
  // 模擬耗時5秒
  sleep(Duration(seconds:5));
  port1.send([1, "doWork 任務完成"]);

  print("new isolate end");
}
複製代碼

運行結果：

main isolate start
main isolate end
new isolate start
main isolate message: [0, SendPort]
new isolate end
main isolate message: [1, doWork 任務完成]
doWork message: [1, 這條信息是 main isolate 發送的]
複製代碼

不管是上面的spawn仍是spawnUri，運行後都會包含兩個Isolate，一個是主Isolate，一個是新Isolate，兩個都雙向綁定了消息通訊的通道，即便新的Isolate中的任務完成了，它也不會馬上退出，所以，當使用完本身建立的Isolate後，最好調用newIsolate.kill(priority: Isolate.immediate);將Isolate當即殺死。

Flutter 中建立Isolate

不管如何，在Dart中建立一個Isolate都顯得有些繁瑣，惋惜的是Dart官方並未提供更高級封裝。可是，若是想在Flutter中建立Isolate，則有更簡便的API，這是由Flutter官方進一步封裝ReceivePort而提供的更簡潔API。詳細API文檔

使用compute函數來建立新的Isolate並執行耗時任務

import 'package:flutter/foundation.dart';
import  'dart:io';

// 建立一個新的Isolate，在其中運行任務doWork
create_new_task() async{
  var str = "New Task";
  var result = await compute(doWork, str);
  print(result);
}


void doWork(String value){
  print("new isolate doWork start");
  // 模擬耗時5秒
  sleep(Duration(seconds:5));

  print("new isolate doWork end");
  return "complete:$value";
}
複製代碼