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1. Dart中的異步模型

在之前的開發(fā)中，經(jīng)常會遇到耗時操作：

比如網(wǎng)絡(luò)請求、文件讀取等等；
如果主線程一直等待這些耗時的操作完成，那么就會進行阻塞，無法響應(yīng)其他事件，比如用戶的點擊等

一般會針對這些耗時的操作進行處理，不同的語言對于這種操作有不同的處理方式：

多線程，比如Java、C++，開啟一個新的線程(Thread)，在新的線程中完成這些異步的操作，將數(shù)據(jù)傳遞給主線程，在主線程刷新 UI
單線程+事件循環(huán)，比如JavaScript、Dart都是基于單線程+事件循環(huán)來完成耗時操作的處理。

下面來了解一下單線程的異步操作，聽起來有些矛盾，但是并不沖突，原因如下：

因為我們的一個應(yīng)用程序大部分時間都是出于空閑的狀態(tài)，并不是無限制的在和用戶進行交互；
比如等待用戶點擊、網(wǎng)絡(luò)請求數(shù)據(jù)的返回、文件讀寫的IO操作，這些等待的行為并不會阻塞我們的線程；
這是因為類似于網(wǎng)絡(luò)請求、文件讀寫的IO，我們都可以基于非阻塞調(diào)用；

阻塞式調(diào)用和非阻塞式調(diào)用

阻塞和非阻塞關(guān)注的是程序在等待調(diào)用結(jié)果時的狀態(tài)
阻塞式調(diào)用：調(diào)用結(jié)果返回之前，當前線程會被掛起，調(diào)用線程只有在得到調(diào)用結(jié)果之后才會繼續(xù)執(zhí)行；
非阻塞式調(diào)用：調(diào)用執(zhí)行之后，當前線程不會停止執(zhí)行，只需要過一段時間來檢查一下有沒有結(jié)果返回即可；

我們可以用一個生活中的例子來模擬：

中午點外賣，點外賣的動作就是我們的調(diào)用，拿到最后點的外賣就是我們要等待的結(jié)果
阻塞式調(diào)用：點了外賣之后，不做任何事情了，就等著外賣來，也就是你的線程停止了任何其他的工作
非阻塞式調(diào)用：點了外賣，繼續(xù)做其他事情：繼續(xù)工作、打把游戲，你的線程繼續(xù)執(zhí)行其他事情，只需要偶爾去看下有沒有人敲門，外賣有沒有送到即可。

而我們開發(fā)中的很多耗時操作，都可以基于這樣的非阻塞式調(diào)用：

比如文件讀寫操作，可以使用操作系統(tǒng)提供的基于事件的回調(diào)機制。

這些操作都不會阻塞我們單線程的繼續(xù)執(zhí)行，我們的線程在等待的過程中可以繼續(xù)去做別的事情：喝杯咖啡、打游戲，等真正有了響應(yīng)，再去進行對應(yīng)的處理即可。

此時可能會有兩個問題：

如果在多核CPU中，單線程是不是就沒有充分利用CPU呢？
單線程是如何處理網(wǎng)絡(luò)通信、IO操作它們返回的結(jié)果呢？答案就是事件循環(huán)(Event Loop)。

2. Dart事件循環(huán)

2.1 事件循環(huán)

單線程模型中主要就是在維護著一個事件循環(huán)(Event Loop)。

事件循環(huán)可以理解為：

將需要處理的一些事件（比如點擊事件、IO事件）放在一個事件隊列(Event Queue)中；
不斷的從事件隊列(Event Queue)中取出事件，并執(zhí)行其對應(yīng)需要執(zhí)行的代碼塊，直到事件隊列清空為止；

下面是一個事件循環(huán)的偽代碼：

List eventQueue = []; 
var event;

// 事件循環(huán)從啟動的一刻，永遠在執(zhí)行
while (true) {
  if (eventQueue.length > 0) {
    // 取出一個事件
    event = eventQueue.removeAt(0);
    // 執(zhí)行該事件
    event();
  }
}

當我們需要處理一些事件時，比如點擊事件、IO事件、網(wǎng)絡(luò)事件時，它們就會被加入到eventQueue中，然后事件循環(huán)會不斷的從eventQueue中取出事件，并且執(zhí)行。

2.2 事件循環(huán)代碼模擬

下面看一段偽代碼，理解點擊事件和網(wǎng)絡(luò)請求的事件是如何被執(zhí)行的：

一個按鈕RaisedButton，當點擊時執(zhí)行onPressed函數(shù)
onPressed函數(shù)中，我們發(fā)送了一個網(wǎng)絡(luò)請求，請求成功后會執(zhí)行then中的回調(diào)函數(shù)。

RaisedButton(
  child: Text('Click me'),
  onPressed: () {
    final myFuture = http.get('https://example.com');
    myFuture.then((response) {
      if (response.statusCode == 200) {
        print('Success!');
      }
    });
  },
)

那么，這些代碼是如何放在事件循環(huán)中執(zhí)行呢？

當用戶發(fā)生點擊的時候，onPressed回調(diào)函數(shù)會被放入事件循環(huán)中執(zhí)行，執(zhí)行的過程中發(fā)送了一個網(wǎng)絡(luò)請求；
網(wǎng)絡(luò)請求發(fā)出去后，該事件循環(huán)不會被阻塞，而是發(fā)現(xiàn)要執(zhí)行的onPressed函數(shù)已經(jīng)結(jié)束，會將它丟棄掉；
網(wǎng)絡(luò)請求成功后，會執(zhí)行then中傳入的回調(diào)函數(shù)，這也是一個事件，該事件被放入到事件循環(huán)中執(zhí)行，執(zhí)行完畢后，事件循環(huán)將其丟棄；

onPressed和then中的回調(diào)盡管有一些差異，但是它們對于事件循環(huán)來說，都是告訴它：我有一段代碼需要執(zhí)行，快點幫我完成。

3. Dart的異步操作

Dart中的異步操作主要使用Future以及async、await。

3.1 Future

Future對象表示一個延遲計算的對象，也就是說Future 用于表示將來某個時候可用的潛在值或一個錯誤，可以注冊相應(yīng)的回調(diào)來獲取到值或者錯誤。

當一個返回Future的函數(shù)被調(diào)用的時候，做了兩件事情：

函數(shù)進入隊列 & 返回一個未完成的Future對象；
之后當值可用時，F(xiàn)uture帶著值變成完成狀態(tài)。

異步的網(wǎng)絡(luò)請求

使用Future對象來將耗時的操作放在了其中傳入的函數(shù)中

import "dart:io";

main(List<String> args) {
  print("main function start");
  print(getNetworkData());
  print("main function end");
}

Future<String> getNetworkData() {
  return Future<String>(() {
    sleep(Duration(seconds: 3));
    return "network data";
  });
}

看下運行結(jié)果:

main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end

可以看到：

代碼執(zhí)行順序，沒有出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象；
中間打印了一個Future實例；
將一個耗時的操作隔離起來了，這個操作就不會影響主線程執(zhí)行了。但是又有一個問題了，我們?nèi)绾稳ツ玫阶罱K的結(jié)果呢？

3.1.1 獲取Future的結(jié)果

有了Future之后，如何去獲取請求到的結(jié)果：通過.then的回調(diào)：

Future<R> then<R>(FutureOr<R> onValue(T value), {Function onError});

這個方法是注冊將來完成時要調(diào)用的回調(diào)，第一個onValue回調(diào)是在完成時帶有返回值的回調(diào)，onError是發(fā)生錯誤時的回調(diào)。


main(List<String> args) {
  print("main function start");
  // 使用變量接收getNetworkData返回的future
  var future = getNetworkData();
  // 當future實例有返回結(jié)果時，會自動回調(diào)then中傳入的函數(shù)
  // 該函數(shù)會被放入到事件循環(huán)中，被執(zhí)行
  future.then((value) {
    print(value);
  });
  print(future);
  print("main function end");
}

上面代碼的執(zhí)行結(jié)果

main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end
// 3s后執(zhí)行下面的代碼
network data

3.1.2 執(zhí)行中出現(xiàn)異常

如果調(diào)用過程中出現(xiàn)了異常，拿不到結(jié)果，如何獲取到異常的信息呢？


import "dart:io";

main(List<String> args) {
  print("main function start");
  var future = getNetworkData();
  future.then((value) {
    print(value);
  }).catchError((error) { // 捕獲出現(xiàn)異常時的情況
    print(error);
  });
  print(future);
  print("main function end");
}

Future<String> getNetworkData() {
  return Future<String>(() {
    sleep(Duration(seconds: 3));
    // 不再返回結(jié)果，而是出現(xiàn)異常
    // return "network data";
    throw Exception("網(wǎng)絡(luò)請求出現(xiàn)錯誤");
  });
}

上面代碼的執(zhí)行結(jié)果:

main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end
// 3s后沒有拿到結(jié)果，但是我們捕獲到了異常
Exception: 網(wǎng)絡(luò)請求出現(xiàn)錯誤

3.1.3 Future使用補充

上面通過一個案例來學習了一些Future的使用過程：

創(chuàng)建一個Future(可能是我們自己創(chuàng)建，可能是通過API獲取到的一個Future，F(xiàn)uture通常會對一些異步的操作進行封裝)
通過.then(成功回調(diào)函數(shù))的方式來監(jiān)聽Future內(nèi)部執(zhí)行完成時獲取到的結(jié)果
通過.catchError(失敗或異常回調(diào)函數(shù))的方式來監(jiān)聽Future內(nèi)部執(zhí)行失敗或者出現(xiàn)異常時的錯誤信息

Future的兩種狀態(tài)
事實上Future在執(zhí)行的整個過程中，我們通常把它劃分成了兩種狀態(tài):

未完成狀態(tài)(uncompleted)

執(zhí)行Future內(nèi)部操作的時候(在上面的案例中就是具體的網(wǎng)絡(luò)請求過程，我們使用了延遲來模擬)，這個過程為未完成狀態(tài)

完成狀態(tài)(completed)

當Future內(nèi)部的操作執(zhí)行完成，通常會返回一個值，或拋出一個異常
這兩種情況，我們都稱Future為完成狀態(tài)

Future的鏈式調(diào)用
上面的代碼可以進行如下的改進：

可以在then中繼續(xù)返回值，會在下一個鏈式的then調(diào)用回調(diào)函數(shù)中拿到返回的結(jié)果：

import "dart:io";

main(List<String> args) {
  print("main function start");

  getNetworkData().then((value1) {
    print(value1);
    return "content data2";
  }).then((value2) {
    print(value2);
    return "message data3";
  }).then((value3) {
    print(value3);
  });

  print("main function end");
}

Future<String> getNetworkData() {
  return Future<String>(() {
    sleep(Duration(seconds: 3));
    // 不再返回結(jié)果，而是出現(xiàn)異常
     return "network data1";
  });
}

打印結(jié)果如下：

main function start
main function end
// 3s后拿到結(jié)果
network data1
content data2
message data3

我們在上面看.then的時候：

Future<R> then<R>(FutureOr<R> onValue(T value), {Function onError});

調(diào)用then方法的返回值仍然是Future，所以可以一直調(diào)用.then。

If the callback returns a [Future],the future returned by then will be completed with the same result as the future returned by the callback.
如果回調(diào)返回[Future]，則由' then '返回的Future將與回調(diào)返回的Future的結(jié)果相同。

Future其他API

Future.value(value)
直接獲取一個完成的Future，該Future會直接調(diào)用then的回調(diào)函數(shù)


main(List<String> args) {
  print("main function start");

  Future.value("哈哈哈").then((value) {
    print(value);
  });

  print("main function end");
}

打印結(jié)果如下：

main function start
main function end
哈哈哈

為啥立即執(zhí)行，但是 “哈哈哈”是在最后打印的呢？
因為Future中的then會作為新的任務(wù)會加入到事件隊列中(Event Queue)，加入之后肯定需要排隊執(zhí)行了。

Future.error(object)
直接獲取一個完成的Future，但是一個發(fā)生異常的Future，該Future會直接調(diào)用catchError的回調(diào)函數(shù)


main(List<String> args) {
  print("main function start");

  Future.error(Exception("錯誤信息")).catchError((error) {
    print(error);
  });

  print("main function end");
}

打印結(jié)果如下：


main function start
main function end
Exception: 錯誤信息

Future.delayed(時間，回調(diào)函數(shù))
在延遲一定時間時執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，執(zhí)行完回調(diào)函數(shù)后會執(zhí)行then的回調(diào)；

main(List<String> args) {
  print("main function start");

  Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "3秒后的信息";
  }).then((value) {
    print(value);
  });

  print("main function end");
}

3.2 await、async

它們是Dart中的關(guān)鍵字
它們可以讓開發(fā)者用同步的代碼格式，去實現(xiàn)異步的調(diào)用過程
并且，通常一個async的函數(shù)會返回一個Future

使用Future可以做到不阻塞我們的線程，讓線程繼續(xù)執(zhí)行，并且在完成某個操作時改變自己的狀態(tài)，并且回調(diào)then或者errorCatch回調(diào)。

如何生成一個Future呢？

通過前面學習的Future構(gòu)造函數(shù)，或者后面學習的Future其他API都可以。
還有一種就是通過async的函數(shù)。

對之前的Future異步處理代碼進行改造，改成await、async的形式。
如果直接像下面這樣寫代碼，代碼是不能正常執(zhí)行的：

import "dart:io";

main(List<String> args) {
  print("main function start");
  print(getNetworkData());
  print("main function end");
}

String getNetworkData() {
  var result = Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "network data";
  });

  return  "請求到的數(shù)據(jù)：" + result;
}

因為：

Future.delayed返回的是一個Future對象，我們不能把它看成同步的返回數(shù)據(jù):"net work data" 去使用；
也就是不能把這個異步的代碼當做同步一樣去使用；

現(xiàn)在使用await修改下面這句代碼：

String getNetworkData() {
  var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "network data";
  });

  return  "請求到的數(shù)據(jù)：" + result;
}

在 Future.delayed 函數(shù)前加了一個await, 一旦有了這個關(guān)鍵字，那么這個操作就會等待 Future.delayed 的執(zhí)行完畢，并且等待它的結(jié)果。

但是再次執(zhí)行代碼，會看到以下錯誤：

image.png

很明顯，await關(guān)鍵字必須在async函數(shù)中，所以需要將getNetworkData函數(shù)定義成async函數(shù)，在函數(shù)的（）后面加上一個async關(guān)鍵字就可以了。

String getNetworkData() async {
  var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "network data";
  });

  return  "請求到的數(shù)據(jù)：" + result;
}

繼續(xù)運行，繼續(xù)報錯，因為使用async標記的函數(shù)，必須返回一個Future對象，所以我們需要把我們的方法返回值，寫成一個Future。

image.png

繼續(xù)修改代碼如下：


Future<String> getNetworkData() async {
  var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "network data";
  });

  return "請求到的數(shù)據(jù)：" + result;
}

這段代碼就是我們理想中執(zhí)行的代碼了

我們現(xiàn)在可以像同步代碼一樣去使用Future異步返回的結(jié)果
等待拿到結(jié)果之后和其他數(shù)據(jù)進行拼接，然后一起返回
返回的時候并不需要包裝一個Future，直接返回即可，但是返回值會默認被包裝在一個Future中。

可以自己分析一下下面這個代碼:


import 'package:flutter/services.dart' show rootBundle;
import 'dart:convert';
import 'dart:async';

main(List<String> args) {
  getAnchors().then((anchors) {
    print(anchors);
  });
}

class Anchor {
  String nickname;
  String roomName;
  String imageUrl;

  Anchor({
    this.nickname,
    this.roomName,
    this.imageUrl
  });

  Anchor.withMap(Map<String, dynamic> parsedMap) {
    this.nickname = parsedMap["nickname"];
    this.roomName = parsedMap["roomName"];
    this.imageUrl = parsedMap["roomSrc"];
  }
}

Future<List<Anchor>> getAnchors() async {
  // 1.讀取json文件
  String jsonString = await rootBundle.loadString("assets/yz.json");

  // 2.轉(zhuǎn)成List或Map類型
  final jsonResult = json.decode(jsonString);

  // 3.遍歷List，并且轉(zhuǎn)成Anchor對象放到另一個List中
  List<Anchor> anchors = new List();
  for (Map<String, dynamic> map in jsonResult) {
    anchors.add(Anchor.withMap(map));
  }
  return anchors;
}

4. 任務(wù)執(zhí)行順序

在前面，我們知道Dart中有一個事件循環(huán)(Event Loop)來執(zhí)行我們的代碼，里面存在一個事件隊列(Event Queue)，事件循環(huán)不斷從事件隊列中取出事件執(zhí)行。

但是，實際上Dart中還有另一個隊列: 微任務(wù)隊列(Microtask Queue)。

微任務(wù)隊列的優(yōu)先級要高于事件隊列
也就是說事件循環(huán)都是優(yōu)先執(zhí)行微任務(wù)隊列中的任務(wù)，再執(zhí)行事件隊列中的任務(wù)

那么開發(fā)中，哪些是放在事件隊列，哪些是放在微任務(wù)隊列呢？

所有的外部事件任務(wù)都在事件隊列中，如IO、計時器、點擊、以及繪制事件等；
而微任務(wù)通常來源于Dart內(nèi)部，并且微任務(wù)非常少。這是因為如果微任務(wù)特別多，就會造成事件隊列排不上隊，會阻塞任務(wù)隊列的執(zhí)行(比如用戶點擊沒有反應(yīng)的情況)；

我們可以通過下面這張圖來說明代碼是如何執(zhí)行的？

image.png

Dart的入口是main函數(shù)，所以main函數(shù)中的代碼會先執(zhí)行
main函數(shù)執(zhí)行完后，會啟動一個事件循環(huán)（Event Loop）,啟動后就開始執(zhí)行隊列中的任務(wù)
首先，會按照先進先出的順序逐個執(zhí)行微任務(wù)隊列中的任務(wù)
其次，當所有微任務(wù)隊列執(zhí)行完后便開始執(zhí)行事件隊列中的任務(wù)，事件任務(wù)執(zhí)行完畢后再去執(zhí)行微任務(wù)

注意：就是對微任務(wù)隊列是一次性全部處理，對于事件隊列是一次只處理一個。

如何創(chuàng)建一個微任務(wù)
在開發(fā)中，我們可以通過dart中的async下的scheduleMicrotask來創(chuàng)建一個微任務(wù)：

import "dart:async";

main(List<String> args) {
  scheduleMicrotask(() {
    print("Hello Microtask");
  });
}

在開發(fā)中，如果我們有一個任務(wù)不希望它放在Event Queue中依次排隊，那么就可以創(chuàng)建一個微任務(wù)了。

Future的代碼是加入到事件隊列還是微任務(wù)隊列呢？
Future中通常有兩個函數(shù)執(zhí)行體:

Future構(gòu)造函數(shù)傳入的函數(shù)體
then的函數(shù)體(catchError等同看待)

是加入到什么隊列中的呢？

Future的構(gòu)造函數(shù)傳入的函數(shù)體放在事件隊列中
then的函數(shù)體要分成三種情況：
情況1：Future沒有執(zhí)行完成（有任務(wù)需要執(zhí)行），那么then會直接被添加到Future的函數(shù)執(zhí)行體后
情況2：如果Future執(zhí)行完后就then，該then的函數(shù)體就被放到微任務(wù)隊列，當前Future執(zhí)行完成后執(zhí)行微任務(wù)隊列
情況3：如果Future是鏈式調(diào)用，意味著then未執(zhí)行完，下一個then不會執(zhí)行：

// future_1加入到eventqueue中，緊隨其后then_1被加入到eventqueue中
Future(() => print("future_1")).then((_) => print("then_1"));

// Future沒有函數(shù)執(zhí)行體，then_2被加入到microtaskqueue中
Future(() => null).then((_) => print("then_2"));

// future_3、then_3_a、then_3_b依次加入到eventqueue中
Future(() => print("future_3")).then((_) => print("then_3_a")).then((_) => print("then_3_b"));

我們根據(jù)前面的規(guī)則來學習一個終極的代碼執(zhí)行順序案例：

import "dart:async";

main(List<String> args) {
  print("main start");

  Future(() => print("task1"));
    
  final future = Future(() => null);

  Future(() => print("task2")).then((_) {
    print("task3");
    scheduleMicrotask(() => print('task4'));
  }).then((_) => print("task5"));

  future.then((_) => print("task6"));
  scheduleMicrotask(() => print('task7'));

  Future(() => print('task8'))
    .then((_) => Future(() => print('task9')))
    .then((_) => print('task10'));

  print("main end");
}

輸出結(jié)果:

main start
main end
task7
task1
task6
task2
task3
task5
task4
task8
task9
task10

代碼分析：

main函數(shù)會先執(zhí)行，所以main start和main end先執(zhí)行，沒有問題
main函數(shù)執(zhí)行過程中，會將一些任務(wù)分別加入到EventQueue和MicrotaskQueue中
task7通過scheduleMicrotask函數(shù)調(diào)用，所以它最早加入到MicrotaskQueue會被先執(zhí)行
然后開始執(zhí)行EventQueue，task1被添加到EventQueue中被執(zhí)行
通過final future = Future(()=>null); 創(chuàng)建的future的then被添加到微任務(wù)中，微任務(wù)直接被優(yōu)先執(zhí)行，所以會執(zhí)行task6。
一次在EventQueue中添加task2、task3、task5被執(zhí)行
task3的打印執(zhí)行完成后，調(diào)用scheduleMicrotask，那么在執(zhí)行完這次的EventQueue后會執(zhí)行，所以在task5后執(zhí)行task4(注意：scheduleMicrotask的調(diào)用是作為task3的一部分代碼，所以task4是在task5之后執(zhí)行的)
task8、task9、task10 一次添加到 EventQueue被執(zhí)行。

了解上面的代碼執(zhí)行順序，會讓你對EventQueue和microtaskQueue有更加深刻的理解。

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Dart中的異步操作

Dart中的異步操作

1. Dart中的異步模型

2. Dart事件循環(huán)

2.1 事件循環(huán)

2.2 事件循環(huán)代碼模擬

3. Dart的異步操作

3.1 Future

3.1.1 獲取Future的結(jié)果

3.1.2 執(zhí)行中出現(xiàn)異常

3.1.3 Future使用補充

3.2 await、async

4. 任務(wù)執(zhí)行順序

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Dart中的異步操作

1. Dart中的異步模型

2. Dart事件循環(huán)

2.1 事件循環(huán)

2.2 事件循環(huán)代碼模擬

3. Dart的異步操作

3.1 Future

3.1.1 獲取Future的結(jié)果

3.1.2 執(zhí)行中出現(xiàn)異常

3.1.3 Future使用補充

3.2 await、async

4. 任務(wù)執(zhí)行順序

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3.2 await、async