鴻蒙程式設計江湖：I/O 密集型任務處理及 ArkTS 的非同步鎖機制

SameX發表於2024-10-26
鴻蒙程式設計非同步

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）的技術細節，基於實際開發實踐進行總結。主要作為技術分享與交流載體，難免錯漏，歡迎各位同仁提出寶貴意見和問題，以便共同進步。本文為原創內容，任何形式的轉載必須註明出處及原作者。

I/O 密集型任務是指需要進行大量磁碟讀寫、網路通訊等 I/O 操作的任務。I/O 密集型任務的特點是耗時長，且容易阻塞執行緒，導致應用程式卡頓。
ArkTS 提供了非同步鎖機制，用於解決多執行緒併發中資料競爭問題，並避免死鎖問題。

I/O 密集型任務的特點與開發策略

I/O 密集型任務的特點：

  • 耗時長：I/O 操作通常需要花費較長時間才能完成，例如讀寫檔案、網路請求等。
  • 阻塞執行緒：I/O 操作會阻塞當前執行緒，導致執行緒無法執行其他任務，影響應用程式的響應速度。
  • 頻繁發生：在許多應用程式中，I/O 操作是頻繁發生的，例如檔案讀寫、資料庫操作、網路通訊等。
    開發策略：
  • 使用非同步程式設計技術：例如 Promise 和 async/await，可以使 I/O 操作非同步執行，避免阻塞執行緒，提高應用程式的響應速度。
  • 使用多執行緒併發技術：例如 TaskPool 和 Worker，可以將 I/O 任務分配到不同的執行緒中執行，提高 I/O 操作的效率。
  • 使用緩衝區技術：例如使用快取機制，可以減少 I/O 操作的次數，提高 I/O 操作的效率。

ArkTS 中的非同步鎖的使用場景與優勢

使用場景：

  • 共享資料：當多個併發例項需要共享同一份資料時，需要使用非同步鎖來保證資料的執行緒安全，避免資料競爭問題。
  • 訪問資源：當多個併發例項需要訪問同一資源時，需要使用非同步鎖來保證資源的訪問順序，避免死鎖問題。
    優勢：
  • 非阻塞式：非同步鎖是非阻塞式的，不會導致死鎖問題。
  • 跨執行緒傳遞：非同步鎖可以跨併發例項引用傳遞，提高開發效率。
  • 自動釋放：非同步鎖會在程式碼執行完成後自動釋放，避免記憶體洩漏。

避免死鎖問題的處理

  • 鎖的粒度：非同步鎖的粒度必須足夠小，避免多個併發例項長時間持有鎖，導致死鎖問題。
  • 鎖的釋放：非同步鎖需要在程式碼執行完成後立即釋放，避免記憶體洩漏。
  • 鎖的順序：如果需要使用多個鎖，需要按照一定的順序獲取鎖，避免死鎖問題。

密集 I/O 操作的併發任務示例

以下是一個簡單的示例，演示如何使用 TaskPool 執行密集 I/O 操作的併發任務：

import { taskpool } from '@kit.ArkTS';
import { fileIo } from '@kit.CoreFileKit';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';
async function writeFiles(context: common.UIAbilityContext) {
  const filePath1: string = context.filesDir + "/path1.txt";
  const filePath2: string = context.filesDir + "/path2.txt";
  const fileList: Array<string> = [filePath1, filePath2];
  for (let i = 0; i < fileList.length; i++) {
    await fileIo.write(filePathList[i], "Hello World!");
  }
}
async function main() {
  const context = await getApplicationContext();
  await taskpool.execute(writeFiles, context);
}
@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';
  build() {
    Column() {
      Text(this.message)
        .fontSize(50)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
        .onClick(async () => {
          await main();
        })
        .width('100%');
    }
    .height('100%');
  }
}

這段程式碼定義了一個名為 Index 的元件，並在元件中顯示了一條文字訊息 "Hello World"。點選按鈕會執行 main 函式，該函式建立一個併發任務並執行它。任務會密集地寫入兩個檔案，並輸出結果。

同步鎖與非同步鎖的對比

特性 同步鎖 非同步鎖
阻塞式 是 否
死鎖問題 可能 不可能
粒度 可以很大 必須很小
釋放 需要手動釋放 自動釋放
跨執行緒傳遞 不支援 支援

總結

透過以上介紹，您可以瞭解到鴻蒙系統中 I/O 密集型任務的處理方法，以及 ArkTS 的非同步鎖機制。使用非同步程式設計技術和非同步鎖機制可以提高 I/O 操作的效率，並避免死鎖問題。希望本文能夠幫助您掌握鴻蒙系統中的併發程式設計技術，並開發出更優秀的鴻蒙應用。

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