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关于flutter:干货-Dart-并发机制详解

jiezi

Dart 通过 async-await、isolate 以及一些异步类型概念 (例如 Future 和 Stream) 反对了并发代码编程。本篇文章会对 async-await、Future 和 Stream
进行简略的介绍，而侧重点放在 isolate 的解说上。

在利用中，所有的 Dart 代码都在 isolate 中运行。每一个 Dart 的 isolate 都有独立的运行线程，它们无奈与其余 isolate 共享可变对象。在须要进行通信的场景里，isolate 会应用音讯机制。只管 Dart 的 isolate 模型设计是基于操作系统提供的过程和线程等更为底层的原语进行设计的，但在本篇文章中，咱们不对其具体实现展开讨论。

大部分 Dart 利用只会应用一个 isolate (即 主 isolate)，同时你也能够创立更多的 isolate，从而在多个处理器内核上达成并行执行代码的目标。

多平台应用时留神

所有的 Dart 利用都能够应用 async-await、Future 和 Stream。
而 isolate 仅针对 原生平台的应用 进行实现。
应用 Dart 构建的网页利用能够 应用 Web Workers 实现类似的性能。

异步的类型和语法

如果你曾经对 Future、Stream 和 async-await 比拟相熟了，能够间接跳到 isolate 局部进行浏览。

Future 和 Stream 类型

Dart 语言和库通过 Future 和 Stream 对象，来提供会在以后调用的将来返回某些值的性能。以 JavaScript 中的 Promise 为例，在 Dart 中一个最终会返回 int 类型值的 promise，该当申明为 Future<int>；一个会继续返回一系列 int 类型值的 promise，该当申明为 Stream<int>。

让咱们用 dart:io 来举另外一个例子。File 的同步办法 readAsStringSync() 办法 API 文档 ”) 会以同步调用的形式读取文件，在读取实现或者抛出谬误前放弃阻塞。这个会返回 String 类型的对象，或者抛出异样。而与它等效的异步办法 readAsString() 办法 API 文档 ”)，会在调用时立即返回 Future<String> 类型的对象。在将来的某一刻，Future<String> 会完结，并返回一个字符串或谬误。

为什么一个办法是同步的还是异步的会如此重要？因为大部分利用须要在同一时刻做很多件事。例如，利用可能会发动一个 HTTP 申请，同时在申请返回前对用户的操作做出不同的界面更新。异步的代码会有助于利用放弃更高的可交互状态。

async-await 语法

async 和 await 关键字是用申明来定义异步函数和获取它们的后果的形式。

上面是一段同步代码调用文件 I/O 时阻塞的例子：

void main() {
  // Read some data.
  final fileData = _readFileSync();
  final jsonData = jsonDecode(fileData);

  // Use that data.
  print('Number of JSON keys: ${jsonData.length}');
}

String _readFileSync() {final file = File(filename);
  final contents = file.readAsStringSync();
  return contents.trim();}

上面是相似的代码，然而变成了 异步调用：

void main() async {
  // Read some data.
  final fileData = await _readFileAsync();
  final jsonData = jsonDecode(fileData);

  // Use that data.
  print('Number of JSON keys: ${jsonData.length}');
}

Future<String> _readFileAsync() async {final file = File(filename);
  final contents = await file.readAsString();
  return contents.trim();}

main() 函数在调用 _readFileAsync() 前应用了 await 关键字，让原生代码 (文件 I/O) 执行的同时，其余的 Dart 代码 (例如事件处理器) 能继续执行。应用 await 后，_readFileAsync() 调用返回的 Future<String> 类型也转换为了 String。从而在将后果 content 赋予变量时，隐式转换为 String 类型。

await 关键字仅在函数体前定义了 async 的函数中无效。

如下图所示，无论是在 Dart VM 还是在零碎中，Dart 代码都会在 readAsString() 执行非 Dart 代码时暂停。在 readAsString() 返回值后，Dart 代码将继续执行。

如果你想理解更多对于 async、await 和 Future 的内容，能够拜访
异步编程 codelab 进行学习。

Isolate 的工作原理

古代的设施通常会应用多核 CPU。开发者为了让程序在设施上有更好的体现，有时会应用共享内容的线程来并发运行代码。然而，状态的共享可能会 产生竞态条件，从而造成谬误，
也可能会减少代码的复杂度。

Dart 代码并不在多个线程上运行，取而代之的是它们会在 isolate 内运行。每一个 isolate 会有本人的堆内存，从而确保 isolate 之间相互隔离，无奈相互拜访状态。
因为这样的实现并不会共享内存，所以你也不须要放心 互斥锁和其余锁)。

在应用 isolate 时，你的 Dart 代码能够在同一时刻进行多个独立的工作，并且应用可用的处理器外围。Isolate 与线程和过程近似，然而每个 isolate 都领有独立的内存，以及运行事件循环的独立线程。

主 isolate

在个别场景下，你齐全无需关怀 isolate。通常一个 Dart 利用会在主 isolate 下执行所有代码，如下图所示：

就算是只有一个 isolate 的利用，只有通过应用 async-await 来解决异步操作，也齐全能够晦涩运行。一个领有良好性能的利用，会在疾速启动后尽快进入事件循环。这使得利用能够通过异步操作疾速响应对应的事件。

Isolate 的生命周期

如下图所示，每个 isolate 都是从运行 Dart 代码开始的，比方 main() 函数。执行的 Dart 代码可能会注册一些事件监听，例如解决用户操作或文件读写。当 isolate 执行的 Dart 代码完结后，如果它还须要解决已监听的事件，那么它依旧会持续被放弃。解决完所有事件后，isolate 会退出。

事件处理

在客户端利用中，主 isolate 的事件队列内，可能会蕴含重绘的申请、点击的告诉或者其余界面事件。例如，下图展现了蕴含四个事件的事件队列，队列会依照先进先出的模式处理事件。

如下图所示，在 main() 办法执行结束后，事件队列中的解决才开始，此时解决的是第一个重绘的事件。而后主 isolate 会解决点击事件，接着再解决另一个重绘事件。

如果某个同步执行的操作破费了很长的解决工夫，利用看起来就像是失去了响应。在下图中，解决点击事件的代码比拟耗时，导致紧随其后的事件并没有及时处理。这时利用可能会产生卡顿，所有的动画都无奈晦涩播放。

在一个客户端利用中，耗时过长的同步操作，通常会导致 卡顿的动画。而最蹩脚的是，利用界面可能齐全失去响应。

后盾运行对象

如果你的利用受到耗时计算的影响而呈现卡顿，例如 解析较大的 JSON 文件，
你能够思考将耗时计算转移到独自工作的 isolate，通常咱们称这样的 isolate 为 后盾运行对象。下图展现了一种罕用场景，你能够生成一个 isolate，它将执行耗时计算的工作，并在完结后退出。这个 isolate 工作对象退出时会把后果返回。

每个 isolate 都能够通过音讯通信传递一个对象，这个对象的所有内容都须要满足可传递的条件。并非所有的对象都满足传递条件，在无奈满足条件时，音讯发送会失败。
举个例子，如果你想发送一个 List<Object>，你须要确保这个列表中所有元素都是可被传递的。假如这个列表中有一个 Socket，因为它无奈被传递，所以你无奈发送整个列表。

你能够查阅 send() 办法 办法 API 文档 ”) 的文档来确定哪些类型能够进行传递。

Isolate 工作对象能够进行 I/O 操作、设置定时器，以及其余各种行为。它会持有本人内存空间，与主 isolate 相互隔离。这个 isolate 在阻塞时也不会对其余 isolate 造成影响。

代码示例

本节将重点探讨应用 Isolate API 实现 isolate 的一些示例。

Flutter 开发提醒

如果你在非 Web 平台上应用 Flutter 进行开发，那么与其间接应用 Isolate API，能够思考应用 Flutter 提供的 compute() 办法 办法将工作移交到独自 isolate 中 ”)，compute() 办法能以简略的形式将一个函数的调用封装至 isolate 工作对象内。

实现一个简略的 isolate 工作对象

本节将展现一个主 isolate 与它生成的 isolate 工作对象的实现。Isolate 工作对象会执行一个函数，实现后完结对象，并将函数后果发送至主 isolate。(Flutter 提供的 compute() 办法也是以相似的形式工作的。)

上面的示例将应用到这些与 isolate 相干的 API：

  • Isolate.spawn() 办法 API 文档 ”) 和 Isolate.exit() 办法 API 文档 ”)
  • ReceivePort 和 SendPort

主 isolate 的代码如下：

void main() async {
  // Read some data.
  final jsonData = await _parseInBackground();

  // Use that data
  print('number of JSON keys = ${jsonData.length}');
}

// Spawns an isolate and waits for the first message
Future<Map<String, dynamic>> _parseInBackground() async {final p = ReceivePort();
  await Isolate.spawn(_readAndParseJson, p.sendPort);
  return await p.first;
}

_parseInBackground() 办法蕴含了 生成 后盾 isolate 工作对象的代码，并返回后果：

  1. 在生成 isolate 之前，代码创立了一个 ReceivePort，让 isolate 工作对象能够传递信息至主 isolate。
  2. 接下来是调用 Isolate.spawn()，生成并启动一个在后盾运行的 isolate 工作对象。该办法的第一个参数是 isolate 工作对象执行的函数援用：_readAndParseJson。第二个参数则是 isolate 用来与主 isolate 传递音讯的 SendPort。此处的代码并没有 创立 新的 SendPort，而是间接应用了 ReceivePort 的 sendPort 属性。
  3. Isolate 初始化实现后，主 isolate 即开始期待它的后果。因为 ReceivePort 实现了 Stream，你能够很不便地应用 first 属性取得 isolate 工作对象返回的单个音讯。

初始化后的 isolate 会执行以下代码：

Future _readAndParseJson(SendPort p) async {final fileData = await File(filename).readAsString();
  final jsonData = jsonDecode(fileData);
  Isolate.exit(p, jsonData);
}

在最初一句代码后，isolate 会退出，将 jsonData 通过传入的 SendPort 发送。
在 isolate 之间传递音讯时，通常会产生数据拷贝，所消耗的工夫随着数据的大小而产生扭转，复杂度为 O(n)。然而，当你应用 Isolate.exit() 发送数据时，isolate 中持有的音讯并没有产生拷贝，而是间接转移到了接管的 isolate 中。这样的转移速度很快，消耗的工夫复杂度仅为 O(1)。

Isolate.exit() 在 Dart 2.15 中被引入

在先前的 Dart 版本中，仅反对通过 Isolate.send() 进行显式的消息传递，
下一个大节的示例中将进行阐明。

下图阐明了主 isolate 和 isolate 工作对象之间的通信流程：

在 isolate 之间发送屡次音讯内容

如果你想在 isolate 之间建设更多的通信，那么你须要应用 SendPort 的 send() 办法 办法 API 文档 ”)。下图展现了一种常见的场景，主 isolate 会发送申请音讯至 isolate 工作对象，而后它们之间会持续进行屡次通信，进行申请和回复。

下方列举的 isolate 示例 蕴含了发送屡次音讯的应用办法：

  • send_and_receive.dart 展现了如何从主 isolate 发送音讯至生成的 isolate。与后面的示例较为靠近。
  • long_running_isolate.dart 展现了如何生成一个长期运行、且屡次发送和接管音讯的 isolate。

性能和 isolate 组

当一个 isolate 调用了 Isolate.spawn() 办法 API 文档 ”)，两个 isolate 将领有同样的执行代码，并纳入同一个 isolate 组 中。Isolate 组会带来性能优化，例如新的 isolate 会运行由 isolate 组持有的代码，即共享代码调用。同时，Isolate.exit() 仅在对应的 isolate 属于同一组时无效。

某些场景下，你可能须要应用 Isolate.spawnUri() 办法 API 文档 ”)，应用执行的 URI 生成新的 isolate，并且蕴含代码的正本。然而，spawnUri() 会比 spawn() 慢很多，并且新生成的 isolate 会位于新的 isolate 组。另外，当 isolate 在不同的组中，它们之间的消息传递会变得更慢。

在 Flutter 开发中请留神

Flutter 不反对 Isolate.spawnUri()。

文章信息

  • 原文: Dart 官网文档 “Concurrency in Dart”
  • 翻译: @AlexV525
  • 审校: @Vadaski, @Nayuta403
  • 中文文档: dart.cn/guides/language/concurrency
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