Dart 非同步程式設計
程式設計中的程式碼執行，通常分為同步與非同步兩種。簡單說，同步就是按照程式碼的編寫順序，從上到下依次執行，這也是最簡單的我們最常接觸的一種形式。但是同步程式碼的缺點也顯而易見，如果其中某一行或幾行程式碼非常耗時，那麼就會阻塞，使得後面的程式碼不能被立刻執行。
非同步的出現正是為了解決這種問題，它可以使某部分耗時程式碼不在當前這條執行線路上立刻執行，那究竟怎麼執行呢？最常見的一種方案是使用多執行緒，也就相當於開闢另一條執行線，然後讓耗時程式碼在另一條執行線上執行，這樣兩條執行線並列，耗時程式碼自然也就不能阻塞主執行線上的程式碼了。
多執行緒雖然好用，但是在大量併發時，仍然存在兩個較大的缺陷，一個是開闢執行緒比較耗費資源，執行緒開多了機器吃不消，另一個則是執行緒的鎖問題，多個執行緒操作共享記憶體時需要加鎖，複雜情況下的鎖競爭不僅會降低效能，還可能造成死鎖。因此又出現了基於事件的非同步模型。簡單說就是在某個單執行緒中存在一個事件迴圈和一個事件佇列，事件迴圈不斷的從事件佇列中取出事件來執行，這裡的事件就好比是一段程式碼，每當遇到耗時的事件時，事件迴圈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，再來檢視耗時事件的結果。因此，耗時事件不會阻塞整個事件迴圈，這讓它後面的事件也會有機會得到執行。
我們很容易發現，這種基於事件的非同步模型，只適合I/O密集型的耗時操作，因為I/O耗時操作，往往是把時間浪費在等待對方傳送資料或者返回結果，因此這種非同步模型往往用於網路伺服器併發。如果是計算密集型的操作，則應當儘可能利用處理器的多核，實現平行計算。
Dart 的事件迴圈
Dart 是事件驅動的體系結構，該結構基於具有單個事件迴圈和兩個佇列的單執行緒執行模型。 Dart雖然提供呼叫堆疊。 但是它使用事件在生產者和消費者之間傳輸上下文。 事件迴圈由單個執行緒支援，因此根本不需要同步和鎖定。
Dart 的兩個佇列分別是
-
MicroTask queue微任務佇列 -
Event queue事件佇列
Dart事件迴圈執行如上圖所示
- 先檢視
MicroTask佇列是否為空，不是則先執行MicroTask佇列 - 一個
MicroTask執行完後，檢查有沒有下一個MicroTask，直到MicroTask佇列為空，才去執行Event佇列 - 在
Evnet佇列取出一個事件處理完後，再次返回第一步，去檢查MicroTask佇列是否為空
我們可以看出，將任務加入到MicroTask中可以被儘快執行，但也需要注意，當事件迴圈在處理MicroTask佇列時，Event佇列會被卡住，應用程式無法處理滑鼠單擊、I/O訊息等等事件。
排程任務
注意，以下呼叫的方法，都定義在dart:async庫中。
將任務新增到MicroTask佇列有兩種方法
import 'dart:async';
void myTask(){
print("this is my task");
}
void main() {
# 1. 使用 scheduleMicrotask 方法新增
scheduleMicrotask(myTask);
# 2. 使用Future物件新增
new Future.microtask(myTask);
}
複製程式碼將任務新增到Event佇列
import 'dart:async';
void myTask(){
print("this is my task");
}
void main() {
new Future(myTask);
}
複製程式碼現在學會了排程任務，趕緊編寫程式碼驗證以上的結論
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");
}
複製程式碼執行結果：
main start
main stop
this is microtask
this is my task
複製程式碼可以看到，程式碼的執行順序並不是按照我們的編寫順序來的，將任務新增到佇列並不等於立刻執行，它們是非同步執行的，當前main方法中的程式碼執行完之後，才會去執行佇列中的任務，且MicroTask佇列執行在Event佇列之前。
延時任務
如需要將任務延伸執行，則可使用Future.delayed方法
new Future.delayed(new Duration(seconds:1),(){
print('task delayed');
});
複製程式碼表示在延遲時間到了之後將任務加入到Event佇列。需要注意的是，這並不是準確的，萬一前面有很耗時的任務，那麼你的延遲任務不一定能準時執行。
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");
}
複製程式碼執行結果：
main start
main stop
5s task
task delayed
複製程式碼從結果可以看出，delayed方法呼叫在前面，但是它顯然並未直接將任務加入Event佇列，而是需要等待1秒之後才會去將任務加入，但在這1秒之間，後面的new Future程式碼直接將一個耗時任務加入到了Event佇列，這就直接導致寫在前面的delayed任務在1秒後只能被加入到耗時任務之後，只有當前面耗時任務完成後，它才有機會得到執行。這種機制使得延遲任務變得不太可靠，你無法確定延遲任務到底在延遲多久之後被執行。
Future 詳解
Future類是對未來結果的一個代理，它返回的並不是被呼叫的任務的返回值。
void myTask(){
print("this is my task");
}
void main() {
Future fut = new Future(myTask);
}
複製程式碼如上程式碼，Future類例項fut並不是函式myTask的返回值，它只是代理了myTask函式，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，任務會被立即執行
import 'dart:async';
void main() {
print("main start");
new Future.sync((){
print("sync task");
});
new Future((){
print("async task");
});
print("main stop");
}
複製程式碼執行結果：
main start
sync task
main stop
async task
複製程式碼註冊回撥
當Future中的任務完成後，我們往往需要一個回撥，這個回撥立即執行，不會被新增到事件佇列。
import 'dart:async';
void main() {
print("main start");
Future fut =new Future.value(18);
// 使用then註冊回撥
fut.then((res){
print(res);
});
// 鏈式呼叫，可以跟多個then，註冊多個回撥
new Future((){
print("async task");
}).then((res){
print("async task complete");
}).then((res){
print("async task after");
});
print("main stop");
}
複製程式碼執行結果：
main start
main stop
18
async task
async task complete
async task after
複製程式碼除了then方法，還可以使用catchError來處理異常，如下
new Future((){
print("async task");
}).then((res){
print("async task complete");
}).catchError((e){
print(e);
});
複製程式碼還可以使用靜態方法wait 等待多個任務全部完成後回撥。
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");
}
複製程式碼執行結果：
main start
main stop
task 1
task 2
task 3
[1, 2, 3]
複製程式碼如上，wait返回一個新的Future，當新增的所有Future完成時，在新的Future註冊的回撥將被執行。
async 和 await
在Dart1.9中加入了async和await關鍵字，有了這兩個關鍵字，我們可以更簡潔的編寫非同步程式碼，而不需要呼叫Future相關的API
將 async 關鍵字作為方法宣告的字尾時，具有如下意義
- 被修飾的方法會將一個
Future物件作為返回值 - 該方法會同步執行其中的方法的程式碼直到第一個 await 關鍵字，然後它暫停該方法其他部分的執行；
- 一旦由 await 關鍵字引用的 Future 任務執行完成，await的下一行程式碼將立即執行。
// 匯入io庫，呼叫sleep函式
import 'dart:io';
// 模擬耗時操作，呼叫sleep函式睡眠2秒
doTask() async{
await sleep(const Duration(seconds:2));
return "Ok";
}
// 定義一個函式用於包裝
test() async {
var r = await doTask();
print(r);
}
void main(){
print("main start");
test();
print("main end");
}
複製程式碼執行結果：
main start
main end
Ok
複製程式碼需要注意，async 不是並行執行，它是遵循Dart 事件迴圈規則來執行的，它僅僅是一個語法糖，簡化Future API的使用。
Isolate
前面已經說過，將非常耗時的任務新增到事件佇列後，仍然會拖慢整個事件迴圈的處理，甚至是阻塞。可見基於事件迴圈的非同步模型仍然是有很大缺點的，這時候我們就需要Isolate，這個單詞的中文意思是隔離。
簡單說，可以把它理解為Dart中的執行緒。但它又不同於執行緒，更恰當的說應該是微執行緒，或者說是協程。它與執行緒最大的區別就是不能共享記憶體，因此也不存在鎖競爭問題，兩個Isolate完全是兩條獨立的執行線，且每個Isolate都有自己的事件迴圈，它們之間只能通過傳送訊息通訊，所以它的資源開銷低於執行緒。
從主Isolate建立一個新的Isolate有兩種方法
spawnUri
static Future<Isolate> spawnUri()
spawnUri方法有三個必須的引數，第一個是Uri，指定一個新Isolate程式碼檔案的路徑，第二個是引數列表，型別是List<String>，第三個是動態訊息。需要注意，用於執行新Isolate的程式碼檔案中，必須包含一個main函式，它是新Isolate的入口方法，該main函式中的args引數列表，正對應spawnUri中的第二個引數。如不需要向新Isolate中傳引數，該引數可傳空List
主Isolate中的程式碼：
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,"這條資訊是 main isolate 傳送的"]);
}
});
// 可以在適當的時候，呼叫以下方法殺死建立的 isolate
// newIsolate.kill(priority: Isolate.immediate);
}
複製程式碼建立other_task.dart檔案，編寫新Isolate的程式碼
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傳送到主 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");
}
複製程式碼執行主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, 這條資訊是 main isolate 傳送的]
複製程式碼
ReceivePort物件，和用於傳送訊息的SendPort物件構成。其中SendPort物件不用單獨建立，它已經包含在ReceivePort物件之中。需要注意，一對Port物件只能單向發訊息，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。因此，兩個Isolate之間的訊息通訊肯定是需要兩根這樣的水管的，這就需要兩對Port物件。
理解了Isolate訊息通訊的原理，那麼在Dart程式碼中，具體是如何操作的呢？
ReceivePort物件通過呼叫listen方法，傳入一個函式可用來監聽並處理髮送來的訊息。SendPort物件則呼叫send()方法來傳送訊息。send方法傳入的引數可以是null,num, bool, double,String, List ,Map或者是自定義的類。 在上例中，我們傳送的是包含兩個元素的List物件，第一個元素是整型，表示訊息型別，第二個元素則表示訊息內容。
spawn
static Future<Isolate> spawn()
除了使用spawnUri，更常用的是使用spawn方法來建立新的Isolate，我們通常希望將新建立的Isolate程式碼和main Isolate程式碼寫在同一個檔案，且不希望出現兩個main函式，而是將指定的耗時函式執行在新的Isolate，這樣做有利於程式碼的組織和程式碼的複用。spawn方法有兩個必須的引數，第一個是需要執行在新Isolate的耗時函式，第二個是動態訊息，該引數通常用於傳送主Isolate的SendPort物件。
spawn的用法與spawnUri相似，且更為簡潔，將上面例子稍作修改如下
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,"這條資訊是 main isolate 傳送的"]);
}
});
}
// 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: $message");
});
// 將新isolate中建立的SendPort傳送到主isolate中用於通訊
port1.send([0, port2]);
// 模擬耗時5秒
sleep(Duration(seconds:5));
port1.send([1, "doWork 任務完成"]);
print("new isolate end");
}
複製程式碼執行結果：
main isolate start
main isolate end
new isolate start
main isolate message: [0, SendPort]
new isolate end
main isolate message: [1, doWork 任務完成]
doWork message: [1, 這條資訊是 main isolate 傳送的]
複製程式碼無論是上面的spawn還是spawnUri，執行後都會建立兩個程式，一個是主Isolate的程式，一個是新Isolate的程式，兩個程式都雙向繫結了訊息通訊的通道，即使新的Isolate中的任務完成了，它的程式也不會立刻退出，因此，當使用完自己建立的Isolate後，最好呼叫newIsolate.kill(priority: Isolate.immediate);將Isolate立即殺死。
Flutter 中建立Isolate
無論如何，在Dart中建立一個Isolate都顯得有些繁瑣，可惜的是Dart官方並未提供更高階封裝。但是，如果想在Flutter中建立Isolate，則有更簡便的API，這是由Flutter官方進一步封裝ReceivePort而提供的更簡潔API。詳細API文件
使用compute函式來建立新的Isolate並執行耗時任務
import 'package:flutter/foundation.dart';
import 'dart:io';
// 建立一個新的Isolate，在其中執行任務doWork
create_new_task() async{
var str = "New Task";
var result = await compute(doWork, str);
print(result);
}
void doWork(String value){
print("new isolate doWork start");
// 模擬耗時5秒
sleep(Duration(seconds:5));
print("new isolate doWork end");
return "complete:$value";
}
複製程式碼compute函式有兩個必須的引數，第一個是待執行的函式，這個函式必須是一個頂級函式，不能是類的例項方法，可以是類的靜態方法，第二個引數為動態的訊息型別，可以是被執行函式的引數。需要注意，使用compute應匯入'package:flutter/foundation.dart'包。
使用場景
Isolate雖好，但也有合適的使用場景，不建議濫用Isolate，應儘可能多的使用Dart中的事件迴圈機制去處理非同步任務，這樣才能更好的發揮Dart語言的優勢。
那麼應該在什麼時候使用Future，什麼時候使用Isolate呢？ 一個最簡單的判斷方法是根據某些任務的平均時間來選擇：
- 方法執行在幾毫秒或十幾毫秒左右的，應使用
Future - 如果一個任務需要幾百毫秒或之上的，則建議建立單獨的
Isolate
除此之外，還有一些可以參考的場景，如JSON 解碼、加密、影像處理：比如剪裁、長時間的網路請求來載入資源
參考資料： Dart 文件 Isolate 文件
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