Dart 異步編程相關概念簡述

目錄

• isolate:
• event loop:
• Future:
• async/await:
• 總結
• 參考連接

​ 學習 Dart 的異步編程時，須要對異步編程所涉及的相關知識體系進行梳理，咱們可根據如下幾個發問來逐個瞭解異步編程涉及的內容：

• 爲何須要異步編程？
• 異步編程的內在機制是什麼？
• Dart 中如何進行異步編程？

​

isolate:

Dart是單「線程」語言：

Dart 代碼在某個 isolate 的上下文中運行，該 isolate 擁有 Dart 代碼所需的全部內存。當Dart 代碼正在執行時，同一個 isolate 中的其餘代碼都沒法運行,更通俗地講，Dart 一次執行一個操做，這意味着只要一個操做正在執行，它就不會被任何其餘 Dart 代碼中斷。這就引起出如下問題：

1，若是 Dart 代碼正在執行長耗時計算，或者等待 I/O，將會致使程序凍結；

2，若是須要同時運行不一樣的 Dart 代碼，就須要將這些代碼放在不一樣的 isolate 環境中執行 ；

3， 如何在 Dart 中編寫異步代碼，進行異步操做？（所謂異步操做，指的是當你的程序在等待其它操做完成時，可讓其先完成其它部分的操做）

咱們先放碼出來：

main() {
  fallInLove();//談戀愛
  House newHourse = buyHouse();//買房(耗時、費力操做)
  livingHouse(newHourse);//買完房子以後住進新房
  marry()；//結婚
  haveChild();//生娃
}

如上所示，在這種狀況下，只有當第一條語句執行完以後，後面的語句才能接着按順序執行；

大部分人的人生三件事：買房，結婚，生娃！

這三件大事，若是用 Dart 語言來實現：

若是是在同步操做中，而且家裏沒礦，六個錢包也湊不齊首付的話，你的人生就會凍結- -等着買完房以後，才能結婚，結完婚以後才能生娃；

有沒有什麼操做能夠實現先結婚，再生娃，再買房呢？答案是有的：若是將買房（buyHouse()）放在異步操做裏，這時候你要給你的丈母孃及老婆一個承諾：之後有錢了再買房！如今先結婚、生娃！詳情咱們後文再敘，這裏先提出這麼個設想；

event loop:

當開始運行 Flutter 或者 Dart 應用程序時，一個 isolate 就會被建立並啓動，當 isolate 建立成功時，Dart 就會進行以下三個事項：

1，初始化兩個先進先出（FIFO）隊列:一個稱爲 MicroTask 隊列,另一個稱爲 Event 隊列；

2，執行main()方法，且執行完成後，進入3

3，啓動 Event Loop

4，開始處理兩個隊列中的元素(兩個隊列的執行有前後順序，見後文)

也就是說，每一個 isolate 中都會有且只有一個Event Loop(事件循環)和兩個隊列(MicroTask Queue、Event Queue ); Event Loop 將根據MicroTask隊列和Event隊列裏的內容來驅動代碼的執行方式和順序。

那麼問題來了：

1，Event Loop是什麼？用來幹啥的？

2，MicroTask隊列和Event隊列都分別是什麼？有什麼用？

3，二者有什麼區別？

Event Loop是一個按期喚醒的無限循環：它在MicroTask、Event隊列中查找是否有須要運行的任務。若是隊列中的任務存在，則當且僅當CPU空閒時，Event Loop將它們放入運行堆棧執行。

MicroTask Queue用於很是短的,須要異步運行的操做，考慮以下場景：想要在稍後完成一些任務但又但願是在執行下一個Event隊列以前；通常使用dart:async庫中的scheduleMicrotask方法來實現;

Event Queue(事件隊列)包含全部外部事件：

• I/O，
• 手勢，
• 鼠標事件，
• 繪圖事件，
• 計時器，
• isolate 之間的消息
• Future

每次外部事件被觸發時，要執行的相應代碼都會被添加到 Event Queue 中,當MicroTask隊列中沒有任何內容時，Event Loop纔會從Event 隊列中取出第一項來處理；須要重點關注的是，Future也會被添加到 Event 隊列中；

當main()方法執行完成後，event loop開始它的工做，

1，先從 microtask 隊列以先進先出的方式取出並執行完全部內容；

2，從event 隊列中取出並處理第一項；

3，重複上述兩個步驟直到兩個隊列都沒有任何內容可執行

綜上所述，能夠由以下簡化圖來表示：

Future:

Future 一般指的是異步運行的任務，它會在將來某個時間點完成,這裏的完成有兩層含義：成功或者失敗，成功時返回任務執行的結果（注意：這裏的結果指的是 Future< T> 返回範型T的對象)，失敗時返回錯誤；

當實例化一個 Future 的時候：

• 該 Future 的一個實例被建立並記錄在由 Dart 管理的內部數組中;
• 須要由此 Future 執行的代碼直接被推送到 Event 隊列中;
• Future 實例返回一個未完成狀態的 Future 對象;
• 若是 Future 語句以後還有其它的話（不是 Future 包含着的代碼），則繼續執行下一個同步代碼;
• Future 完成後，then()方法及catchError（）方法裏的代碼將會被執行；

import 'dart:async';

void main() {
  fallInLove(); //談戀愛；
  handleHouse(); //買房、入住(耗時、費用的操做)
  marry(); //結婚
  haveChild(); //生娃
}

///進行買房 [buyHouse]、入住[livingHouse]等操做
void handleHouse() {
  Future<House> house = buyHouse();
  house.then((_) {
    livingHouse();
  });
}

class House {}

Future<House> buyHouse() {
  Future<House> result = Future(() {
    print('buyHouse');
  });
  return result;
}

void livingHouse() {
  print('livingHouse');
}

void marry() {
  print('marry');
}

void haveChild() {
  print('haveChild');
}

void fallInLove() {
  print('fall in love');
}

咱們來分析上述代碼的執行順序：

1. 從main()方法中開始執行同步代碼，首先執行fallInLove();
2. 執行handleHouse()方法，將Future裏的(){print('buyHouse');}加入 Event 隊列;
3. 執行marry()方法;
4. 執行haveChild()方法;
5. 執行到這裏的時候，main()方法已經執行完了，Event Loop開始處理兩個隊列中的元素，如前面的分析，這時候先查看MicroTask隊列有沒有須要處理的任務，沒有的話，就能夠取出Event隊列中的第一個任務來執行，在這個例子中，就是開始執行步驟2的(){print('buyHouse');}代碼塊；
6. 當上述步驟完成以後，開始執行then()中的方法 livingHouse();；

因此代碼的執行結果應該以下所示：

fall in love
marry
haveChild
buyHouse
livingHouse

async/await:

​ 上面的 Future 章節，咱們主要使用了 Future 的 API 來達到異步操做的目的，Dart 還爲咱們提供了一對關鍵字 async/await 來達成此目的；有了這兩個關鍵字，咱們能夠像寫同步代碼那樣寫異步代碼，而且不用使用到 Future的 API (then());

使用 async/await 關鍵字有如下幾個須要注意的點：

• async 關鍵字聲明的方法，須要返回 Future 對象:有可用值時類型爲 Future< T>；無可用值時爲 Future< void>;
• await 關鍵字只能在 標記爲 async 的方法裏出現；
• await 關鍵字後面跟着的表達式，一般是 Future 對象，若是不是，系統會自動封裝成Future 對象；
• await 表達式會使表達式以後的語句暫停執行(async方法裏的執行),直到返回的 Future對象可用；
• 對應於使用 Future API 中的 catchError()方法，能夠將await表達式包在 try/catch進行錯誤捕獲及後續處理;

以下：咱們只須要稍微改造handleHouse()方法:

1. 在方法的 body 前加 async關鍵字標誌
2. 將 handleHouse()方法的返回類型改成 Future< void>
3. 在須要耗時的操做方法前加 await關鍵字標誌

///進行買房 [buyHouse]、入住[livingHouse]等操做
Future<void> handleHouse() async {
  await buyHouse();
  livingHouse();
}

運行代碼後的輸出效果是與使用Future API 一致的；

總結

本文主要涉及到的概念有：isolate,event loop,future,async/await，理解了這些內容，可讓咱們更好地寫出、閱讀異步編程的相關代碼；

參考連接

參考連接1：https://dart.dev/tutorials/language/futures

參考連接2：https://dart.dev/guides/language/language-tour#asynchrony-support

參考連接3：https://dart.dev/articles/archive/event-loop#event-queue-new-future