Android?Flutter異步編程指南分享
1 Dart 中的事件循環(huán)模型
在 App 開發(fā)中，經(jīng)常會遇到處理異步任務的場景，如網(wǎng)絡請求、讀寫文件等。Android、iOS 使用的是多線程，而在 Flutter 中為單線程事件循環(huán)，如下圖所示
Dart 中有兩個任務隊列，分別為 microtask 隊列和 event 隊列，隊列中的任務按照先進先出的順序執(zhí)行，而 microtask 隊列的執(zhí)行優(yōu)先級高于 event 隊列。在 main 方法執(zhí)行完畢后，會啟動事件循環(huán)，首先將 microtask 隊列中的任務逐個執(zhí)行完畢，再去執(zhí)行 event 隊列中的任務，每一個 event 隊列中的任務在執(zhí)行完成后，會再去優(yōu)先執(zhí)行 microtask 隊列中的任務，如此反復，直到清空所有隊列，這個過程就是 Dart 事件循環(huán)的處理機制。這種機制可以讓我們更簡單的處理異步任務，不用擔心鎖的問題。我們可以很容易的預測任務執(zhí)行的順序，但無法準確的預測到事件循環(huán)何時會處理到你期望執(zhí)行的任務。例如創(chuàng)建了一個延時任務，但排在前面的任務結(jié)束前是不會處理這個延時任務的，也就說這個任務的等待時間可能會大于指定的延遲時間。
Dart 中的方法一旦開始執(zhí)行就不會被打斷，而 event 隊列中的事件還來自于用戶輸入、IO、定時器、繪制等，這意味著在兩個隊列中都不適合執(zhí)行計算量過大的任務，才能保證流暢的 UI 繪制和用戶事件的快速響應。而且當一個任務的代碼發(fā)生異常時，只會打斷當前任務，后續(xù)任務不受影響，程序更不會退出。從上圖還可以看出，將一個任務加入 microtask 隊列，可以提高任務優(yōu)先級，但是一般不建議這么做，除非比較緊急的任務并且計算量不大，因為 UI 繪制和處理用戶事件是在 event 事件隊列中的，濫用 microtask 隊列可能會影響用戶體驗。
總結(jié)下 Dart 事件循環(huán)的主要概念：
- Dart 中有兩個隊列來執(zhí)行任務：microtask 隊列和 event 隊列。
- 事件循環(huán)在 main 方法執(zhí)行完畢后啟動， microtask 隊列中的任務會被優(yōu)先處理。
- microtask 隊列只處理來自 Dart 內(nèi)部的任務，event 隊列中有來自 Dart 內(nèi)部的 Future、Timer、isolate message，還有來自系統(tǒng)的用戶輸入、IO、UI 繪制等外部事件任務。
- Dart 中的方法執(zhí)行不會被打斷，因此兩個隊列中都不適合用來執(zhí)行計算量大的任務。
- 一個任務中未被處理的異常只會打斷當前任務，后續(xù)任務不受影響，程序更不會退出。
1.1 向 microtask 隊列中添加任務
可以使用頂層方法 scheduleMicrotask 或者 Future.microtask 方法，如下所示：
scheduleMicrotask(() => print('microtask1'));
Future.microtask(() => print('microtask2'));
使用 Future.microtask 的優(yōu)勢在于可以在 then 回調(diào)中處理任務返回的結(jié)果。
1.2 向 event 隊列中添加任務
Future(() => print('event task'));
基于以上理論，通過如下代碼可以驗證 Dart 的事件循環(huán)機制：
void main() {
print('main start');
Future(() => print('event task1'));
Future.microtask(() => print('microtask1'));
Future(() => print('event task1'));
Future.microtask(() => print('microtask2'));
print('main stop');執(zhí)行結(jié)果：
main start
main stop
microtask1
microtask2
event task1
event task1
通過輸出結(jié)果可以看到，任務的執(zhí)行順序并不是按照編寫代碼的順序來的，將任務添加到隊列不會立刻執(zhí)行，而執(zhí)行順序也完全符合前面講的規(guī)則，當前 main 方法中的代碼執(zhí)行完畢后，才會去執(zhí)行隊列中的任務，且 microTask 隊列的優(yōu)先級高于 event 隊列。
2 Dart 中的異步實現(xiàn)
在 Dart 中通過 Future 來執(zhí)行異步任務， Future 是對異步任務狀態(tài)的封裝，對任務結(jié)果的代理，通過 then 方法可以注冊處理任務結(jié)果的回調(diào)方法。
創(chuàng)建方法 Future 方式：
Future()
Future.delayed()
Future.microtask()
Future.sync()
2.1 Future()
factory Future(FutureOr<T> computation()) {
_Future<T> result = new _Future<T>();
Timer.run(() {
try {
result._complete(computation());
} catch (e, s) {
_completeWithErrorCallback(result, e, s);
}
});
return result;
}上面是 Future() 的源碼，可以看到內(nèi)部是通過啟動一個沒有延遲的計時器來添加任務的，實用 try catch 來捕獲任務代碼中可能出現(xiàn)的異常，我們可以在 catchError 回調(diào)中來處理異常。
2.2 Future.delayed()
factory Future.delayed(Duration duration, [FutureOr<T> computation()?]) {
if (computation == null && !typeAcceptsNull<T>()) {
throw ArgumentError.value(null, "computation", "The type parameter is not nullable");
}
_Future<T> result = new _Future<T>();
new Timer(duration, () {
if (computation == null) {
result._complete(null as T);
} else {
try {
result._complete(computation());
} catch (e, s) {
_completeWithErrorCallback(result, e, s);
}
}
});
return result;
}Future.delayed() 與 Future() 的區(qū)別是通過一個延遲的計時器來添加任務。
2.3 Future.microtask()
factory Future.microtask(FutureOr<T> computation()) {
_Future<T> result = new _Future<T>();
scheduleMicrotask(() {
try {
result._complete(computation());
} catch (e, s) {
_completeWithErrorCallback(result, e, s);
}
});
return result;
}Future.microtask() 是將任務添加到 microtask 隊列，通過這種可以很方便通過 then 方法中的回調(diào)來處理任務的結(jié)果。
2.4 Future.sync()
factory Future.sync(FutureOr<T> computation()) {
try {
var result = computation();
if (result is Future<T>) {
return result;
} else {
// TODO(40014): Remove cast when type promotion works.
return new _Future<T>.value(result as dynamic);
}
} catch (error, stackTrace) {
var future = new _Future<T>();
AsyncError? replacement = Zone.current.errorCallback(error, stackTrace);
if (replacement != null) {
future._asyncCompleteError(replacement.error, replacement.stackTrace);
} else {
future._asyncCompleteError(error, stackTrace);
}
return future;
}
}Future.sync() 中的任務會被立即執(zhí)行，不會添加到任何隊列。
在第一個章節(jié)中講到了可以很容易的預測任務的執(zhí)行順序，下面我們通過一個例子來驗證：
void main() {
print('main start');
Future.microtask(() => print('microtask1'));
Future.delayed(new Duration(seconds:1), () => print('delayed event'));
Future(() => print('event1'));
Future(() => print('event2'));
Future.microtask(() => print('microtask2'));
print('main stop');
}執(zhí)行結(jié)果：
main start
main stop
microtask1
microtask2
event1
event2
delayed event
因為代碼比較簡單，通過代碼可以很容易的預測到執(zhí)行結(jié)果，下面將復雜度稍微提高。
void main() {
print('main start');
Future.microtask(() => print('microtask1'));
Future.delayed(new Duration(seconds:1), () => print('delayed event'));
Future(() => print('event1'))
.then((_) => print('event1 - callback1'))
.then((_) => print('event1 - callback2'));
Future(() => print('event2')).then((_) {
print('event2 - callback1');
return Future(() => print('event4')).then((_) => print('event4 - callback'));
}).then((_) {
print('event2 - callback2');
Future(() => print('event5')).then((_) => print('event5 - callback'));
}).then((_) {
print('event2 - callback3');
Future.microtask(() => print('microtask3'));
}).then((_) {
print('event2 - callback4');
});
Future(() => print('event3'));
Future.sync(() => print('sync task'));
Future.microtask(() => print('microtask2')).then((_) => print('microtask2 - callbak'));
print('main stop');
}執(zhí)行結(jié)果：
main start
sync task
main stop
microtask1
microtask2
microtask2 - callbak
event1
event1 - callback1
event1 - callback2
event2
event2 - callback1
event3
event4
event4 - callback
event2 - callback2
event2 - callback3
event2 - callback4
microtask3
event5
event5 - callback
delayed event
看到結(jié)果后你可能會疑惑，為什么 event1、event1 - callback1、event1 - callback2 會連續(xù)輸出，而 event2 - callback1 輸出后為什么是 event3，event5、event5 - callback 為什么會在 microtask3 后輸出？
這里我們補充下 then 方法的一些關(guān)鍵知識，理解了這些，上面的輸出結(jié)果也就很好理解了：
- then 方法中的回調(diào)并不是按照它們注冊的順序來執(zhí)行。
- Future 中的任務執(zhí)行完畢后會立刻執(zhí)行 then 方法中的回調(diào)，并且回調(diào)不會被添加到任何隊列中。
- 如果 Future 中的任務在 then 方法調(diào)用之前已經(jīng)執(zhí)行完畢了，那么會有一個任務被加入到 microtask 隊列中。這個任務執(zhí)行的就是被傳入then 方法中的回調(diào)。
2.5 catchError、whenComplete
Future(() {
throw 'error';
}).then((_) {
print('success');
}).catchError((error) {
print(error);
}).whenComplete(() {
print('completed');
});輸出結(jié)果：
error
completed
通過 catchError 方法注冊的回調(diào)，可以用來處理任務代碼產(chǎn)生的異常。不管 Future 中的任務執(zhí)行成功與否，whenComplete 方法都會被調(diào)用。
2.6 async、await
使用 async、await 能以更簡潔的編寫異步代碼，是 Dart 提供的一個語法糖。使用 async 關(guān)鍵字修飾的方法返回值類型為 Future，在 async 方法內(nèi)可以使用 await 關(guān)鍵字來修飾異步任務，在方法內(nèi)部達到同步執(zhí)行的效果，可以達到簡化代碼和提高可讀性的效果，不過如果想要處理異常，需要實用 try catch 語句來包裹 await 修飾的異步任務。
void main() async {
print(await getData());
}
Future<int> getData() async {
final a = await Future.delayed(Duration(seconds: 1), () => 1);
final b = await Future.delayed(Duration(seconds: 1), () => 1);
return a + b;
}3 Isolate介紹
前面講到耗時任務不適合放到 microtask 隊列或 event 隊列中執(zhí)行，會導致 UI 卡頓。那么在 Flutter 中有沒有既可以執(zhí)行耗時任務又不影響 UI 繪制呢，其實是有的，前面提到 microtask 隊列和 event 隊列是在 main isolate 中運行的，而 isolate 是在線程中運行的，那我們開啟一個新的 isolate 就可以了，相當于開啟一個新的線程，使用多線程的方式來執(zhí)行任務，F(xiàn)lutter 也為我們提供了相應的 Api。
3.1 compute
void main() async {
compute<String, String>(
getData,
'Alex',
).then((result) {
print(result);
});
}
String getData(String name) {
// 模擬耗時3秒
sleep(Duration(seconds: 3));
return 'Hello $name';
}compute 第一個參數(shù)是要執(zhí)行的任務，第二個參數(shù)是要向任務發(fā)送的消息，需要注意的是第一個參數(shù)只支持頂層參數(shù)。使用 compute() 可以方便的執(zhí)行耗時任務，但是濫用的話也會適得其反，因為每次調(diào)用，相當于新建一個 isolate。上面的代碼執(zhí)行一個經(jīng)歷了 isolate 的創(chuàng)建以及銷毀過程，還有數(shù)據(jù)的傳遞會經(jīng)歷兩次拷貝，因為 isolate 之間是完全隔離的，不能共享內(nèi)存，整個過程除去任務本身的執(zhí)行時間，也會非常的耗時，isolate 的創(chuàng)建也比較消耗內(nèi)存，創(chuàng)建過多的 isolate 還有 OOM 的風險。這時我們就需要一個更優(yōu)的解決方案，減少頻繁創(chuàng)建銷毀 isolate 所帶來的消耗，最好是能創(chuàng)建一個類似于線程池的東西，只要提前初始化好，后面就可以隨時使用，不用擔心會發(fā)生前面所講的問題，這時候 LoadBalancer 就派上用場了
3.2 LoadBalancer
// 用來創(chuàng)建 LoadBalancer
Future<LoadBalancer> loadBalancerCreator = LoadBalancer.create(2, IsolateRunner.spawn);
// 全局可用的 loadBalancer
late LoadBalancer loadBalancer;
void main() async {
// 初始化 LoadBalancer
loadBalancer = await loadBalancerCreator;
// 使用 LoadBalancer 執(zhí)行任務
final result = await loadBalancer.run<String, String>(getData, 'Alex');
print(result);
}
String getData(String name) {
// 模擬耗時3秒
sleep(Duration(seconds: 3));
return 'Hello $name';
}使用 LoadBalancer.create（） 方法可以創(chuàng)建出一個 isolate 線程池，能夠指定 isolate 的數(shù)量，并自動實現(xiàn)了負載均衡。應用啟動后在合適的時機將其初始化好，后續(xù)就有一個全局可用的 LoadBalancer 了。
4 實用經(jīng)驗
4.1 指定任務的執(zhí)行順序
在開發(fā)中經(jīng)常會有需要連續(xù)執(zhí)行異步任務的場景，例如下面的例子，后面的一步任務直接需要以來前面任務的結(jié)果，所有任務正常執(zhí)行完畢才算成功。
void main() async {
print(await getData());
}
Future<int> getData() {
final completer = Completer<int>();
int value = 0;
Future(() {
return 1;
}).then((result1) {
value += result1;
return Future(() {
return 2;
}).then((result2) {
value += result2;
return Future(() {
return 3;
}).then((result3) {
value += result3;
completer.complete(value);
});
});
});
return completer.future;
}這種方式出現(xiàn)了回調(diào)地獄，代碼非常難以閱讀，實際開發(fā)中還會有處理異常的代碼，會顯得更加臃腫，編寫難度也大，顯然這種方式是不建議使用的。
4.2 使用 then 的鏈式調(diào)用
void main() async {
print(await getData());
}
Future<int> getData() {
int value = 0;
return Future(() => 1).then((result1) {
value += result1;
return Future(() => 2);
}).then((result2) {
value += result2;
return Future(() => 3);
}).then((result3) {
value += result3;
return value;
});
}回調(diào)地獄的問題解決了，代碼可讀性提高很多。
4.3 使用 async、await
void main() async {
print(await getData());
}
Future<int> getData() async {
int value = 0;
value += await Future(() => 1);
value += await Future(() => 2);
value += await Future(() => 3);
return value;
}效果顯而易見，代碼更加清晰了。
4.4 取消任務
在前面講到了 Dart 方法執(zhí)行時是不能被中斷的，這就意味著一個 Future 任務開始后必然會走到完成的狀態(tài)，但是很多時候我們需要又取消一個異步任務，唯一的辦法就是在任務結(jié)束后不執(zhí)行回調(diào)代碼，就可以實現(xiàn)類似取消的效果。
4.5 CancelableOperation
在 Flutter 的 async 包中，提供了一個 CancelableOperation 給我們使用，使用它可以很簡單的實現(xiàn)取消任務的需求。
void main() async {
// 創(chuàng)建一個可以取消的任務
final cancelableOperation = CancelableOperation.fromFuture(
Future(() async {
print('start');
await Future.delayed(Duration(seconds: 3)); // 模擬耗時3秒
print('end');
}),
onCancel: () => print('cancel...'),
);
// 注冊任務結(jié)束后的回調(diào)
cancelableOperation.value.then((val) {
print('finished');
});
// 模擬1秒后取消任務
Future.delayed(Duration(seconds: 1)).then((_) => cancelableOperation.cancel());
}CancelableOperation 是對 Future 的代理， 對 Future 的 then 進行了接管，判斷 isCanceled 標記決定是否需要執(zhí)行用戶提供的回調(diào)。
以上就是Android Flutter異步編程指南分享的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Android Flutter異步編程的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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