Flutter学习-Dart异步

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Flutter学习-Dart异步相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Flutter学习-Dart异步

1. Dart的异步模型

我们先来了解Dart是如何实现异步操作的

1.1 Dart是单线程

  • 开发中的耗时操作： 比如网络请求、文件读取，如果我们的主线程一直等待这些操作完成，那么就会进行阻塞，无法响应其他时间，比如用户的点击
  • 那么我们如何处理这些耗时操作？不同的语言有不同的处理方法？
    • 处理方式一：多线程，比如Java、C++，我们普遍的做法是开启一个新的线程（Threa）在新的线程中完成这些异步的操作，再通过线程间通信的方式，将拿到的数据传递给主线程。
    • 处理方式二： 单线程+事件循环，比如javascript、Dart都是基于单线程加事件循环来完成耗时操作的处理。不过单线程如何能进行耗时的操作呢？

单线程的异步操作，我之前也很不理解，表示对异步单线程操作充满疑惑？其实他们并不冲突。

  • 因为我么的应用程序大部分时间都处于空闲状态，并不是无限制的在和用户进行交互
  • 比如等待用户点击、网络请求数据的返回、文件读写的IO操作，这些等待的行为并不会阻塞我们的线程
  • 这是因为类似于网络请求、文件读写的IO，我们都可以基于非阻塞调用

阻塞式调用和非阻塞式调用，如果想弄懂这点，我们需要知道操作系统中的阻塞式调用和非阻塞式调用的概念

  • 阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态。
  • 阻塞式调用： 调用结果返回之前，当前线程会被挂起，调用线程只有在得到调用结果之后才会继续执行。
  • 非阻塞式调用： 调用执行之后，当前线程不会停止执行，只需要过一段时间来检查一下有没有结果返回即可

而我们开发中有很多耗时操作，都可以给予这样的非阻塞式调用

  • 比如网络请求本身使用了Socket通信，而Socket本身提供了select模型，可以进行非阻塞方式的工作
  • 比如文件读写的IO操作，我们可以使用操作系统提供的基于事件的回调机制

这些操作都不会阻塞我们单线程的执行，我们等待的过程中可以去做别的事情，等到真正的响应时，在去做真正的处理。那么这里就有两个问题？

  • 问题一： 如果在多核CPU中，单线程是不是就没有充分利用CPU呢？
  • 问题二： 单线程是如何来处理网络通信、IO操作它们返回的结果呢？答案就是事件循环（Event Loop）

1.2 Dart时间循环

1.2.1 什么是事件循环

单线程模型中主要就是在维护着一个事件循环（Event Loop）

事件循环是什么？

  • 事实上事件循环并不复杂，它就是将需要处理的一系列事件（包括点击事件、IO事件、网络事件）放在一个事件队列（Event Queue）中。
  • 不断的从事件队列（Event Queue）中取出事件，并执行其对应需要执行的代码块，直到事件队列清空位置

事件队列循环的伪代码：

// 这里我使用数组模拟队列, 先进先出的原则
List eventQueue = []; 
var event;

// 事件循环从启动的一刻，永远在执行
while (true) {
  if (eventQueue.length > 0) {
    // 取出一个事件
    event = eventQueue.removeAt(0);
    // 执行该事件
    event();
  }
}

当我们有一些事件时，比如点击事件、IO事件、网络事件时，它们就会被加入到eventLoop中，当发现事件队列不为空时发现，就会取出事件，并且执行。

1.2.2 事件循环代码模拟

这里我们来看一段伪代码，理解点击事件和网络请求的事件是如何被执行的：

  • 一个按钮RaisedButton，当发生点击时执行onPressed函数。
  • onPressed函数中，我们发送了一个网络请求，请求成功后会执行then中的回调函数。
RaisedButton(
  child: Text('Click me'),
  onPressed: () {
    final myFuture = http.get('https://example.com');
    myFuture.then((response) {
      if (response.statusCode == 200) {
        print('Success!');
      }
    });
  },
)

这些事件是如何放在事件循环中执行的？

  1. 当用户发生点击的时候，onPressed回调函数被放入事件循环中执行，执行的过程中发送了一个网络请求。
  2. 网络请求发出去后，该事件循环不会被阻塞，而是发现要执行的onPressed函数已经结束，会将它丢弃掉
  3. 网络请求成功后，会执行then中传入的回调函数，这也是一个事件，该事件被放入到事件循环中执行，执行完毕后，事件循环将其丢弃

尽管onPressed和then中的回调有一些差异，但是它们对于事件循环来说，都是告诉它：我有一段代码需要执行，快点帮我完成

2. Dart的异步操作

Dart中的异步操作主要使用Future以及async、await。
如果你之前有过前端的ES6、ES7编程经验，那么完全可以将Future理解成Promise，async、await和ES7中基本一致。
但是如果没有前端开发经验，Future以及async、await如何理解呢？

我们这里通过让线程睡眠的方式，来模拟一个网络耗时操作

2.1 同步网络耗时操作

我们先来看一个例子：

  • 这个案例中我使用getNetworkData方法来模拟一个网络操作
  • 该网络请求需要3秒钟时间，之后返回数据
void dartTest() {
    print("main start");
    getNetworkData();
    print("main end");
  }

  //模拟网络耗时操作方法
  String getNetworkData() {
    //让当前线程睡眠3秒
    sleep(Duration(seconds: 3));
    print("耗时操作方法-----执行");
    return "hello flutter";
  }

运行结果：

由运行结果可知getNetworkData函数确实会阻塞主线程3秒，显然这段代码的执行效果不是我们想要的结果，因为耗时操作代码阻塞了线程，导致后面的代码都无法正常的运行

2.2 异步网络请求

我们需要对上面的代码进行改造，代码如下：

  • 和上面代码唯一的区别就是我使用了Future对象来将耗时的操作放在了其中传入的函数中；

这里我们发现Future其实是一个抽象类，我们之前说过，如果是抽象类创建对象是通过工厂方法来创建的，源码如下：

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;
  }

该方法有一个参数，是传递一个函数，有返回值，但是没有参数，FutureOr<T> : 表示是一个联合类型，是既可以返回一个Future对象，也可以返回一个具体对象

下面代码是直接返回一个字符串对象

示例代码：

void dartTest() {
    print("main start");
    getNetworkData();
    print("main end");
  }

  //模拟网络耗时操作方法
  Future<String> getNetworkData() {
    return Future((){
      //让当前线程睡眠3秒
      sleep(Duration(seconds: 3));
      print("耗时操作方法-----执行");
      return "hello flutter";
    });
  }

运行结果：

比较两次代码运行结果：

  • 这一次代码按照顺序执行，并没有任何的阻塞现象
  • 将一个耗时操作隔离起来，这个操作不会再影响我们主线程执行了

这里就产生了一个问题，我们如何拿到异步操作最终返回的结果

其实Dart这里给Future给提供了一个叫then的函数，可以通过then来回调结果

then函数：

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

示例代码：

void dartTest() {
    print("main start");
    var furute = getNetworkData();
    furute.then((value) {
      print("耗时操作的结果--========$value");
    });

    print("main end");
  }
  • 注意：
    • 如果返回的Future对象没有指定任何的类型，那么then回调函数中的参数类型是dynamic
    • 当future实例有返回结果时，会自动回调then中传入的函数，该函数会被放入到事件循环中，被执行
    • then后面的回调函数是在Future函数有结果之后，才执行回调函数
      运行结果：

2.3 异常情况（cathError）

大家都知道很多时候，网络请求、IO这些耗时操作可能会出现异常情况，那么我们如何获取到异常信息

Dart中给我们提供了cathError方法来捕获异常

示例代码：

  void dartTest() {
    print("main start");
    var furute = getNetworkData();
    furute.then((value) {
      print("耗时操作的结果--========$value");
    }).catchError((errorMsg){
      print("打印异常信息========$errorMsg");
    });

    print("main end");
  }

  //模拟网络耗时操作方法
  Future<String> getNetworkData() {
    return Future((){
      //让当前线程睡眠3秒
      sleep(Duration(seconds: 3));
      print("耗时操作方法-----执行");
      //return "hello flutter";
      //这里我们不返回结果了，直接抛出一个异常
      throw Exception("耗时操作出现异常了=====");
    });
  }

运行结果：

如果耗时操作出现异常没有返回运行结果的时候，我们可以通过catchError函数来捕获异常

有的人可能会想回调方法和捕获异常的方法可不可以这样分开调用

void dartTest() {
    print("main start");
    var furute = getNetworkData();
    furute.then((value) {
      print("耗时操作的结果--========$value");
    });
    furute.catchError((errorMsg){
      print("打印异常信息========$errorMsg");
    });

    print("main end");
  }

运行结果

这种写法我们可以发现我们并没有捕获异常，程序出现crash，为什么这样不可以了

捕获异常不能这样分开写， 因为then函数返回一个future对象，直接链式调用使用的then方法返回的future对象，和调用then方法的future对象不是同一个对象了

但是如果是分开调用， 当then方法已近执行完成之后， 在使用future调用对象，可能当前对象future在then方法中发生了什么改变， 导致捕获异常的方法出现问题，捕获不了异常

但是如果不调用then方法，直接调用捕获异常的方法 也是可以正常捕获异常的

如果你非要分开写，你可以这样写：

 void dartTest() {
    print("main start");
    var furute = getNetworkData();
    var catchFuture = furute.then((value) {
      print("耗时操作的结果--========$value");
    });
    catchFuture.catchError((errorMsg){
      print("打印异常信息========$errorMsg");
    });

    print("main end");
  }

2.4 案例小结

我们通过一个案例来学习了一些Future的使用过程：

  1. 创建一个Future（可能是我们创建的，也可能是调用内部API或者第三方API获取到的一个Future，总之你需要获取到一个Future实例，Future通常会对一些异步的操作进行封装）；
  2. 通过.then(成功回调函数)的方式来监听Future内部执行完成时获取到的结果；
  3. 通过.catchError(失败或异常回调函数)的方式来监听Future内部执行失败或者出现异常时的错误信息；

2.5 whenComplete 函数

事实上Future在执行的整个过程中，我们通常把它划分为两种状态

状态一：未完成状态（uncompleted）

  • 执行Future内部的操作时（在上面的案例中就是具体的网络请求过程，我们使用了延迟来模拟），我们称这个过程为未完成状态

状态二：完成状态（completed）

  • 当Future内部的操作执行完成，通常会返回一个值，或者抛出一个异常。
  • 这两种情况，我们都称Future为完成状态。
void dartTest() {
    print("main start");

    var future = getNetworkData();
    future.then((value) {
      print("耗时操作返回结果====$value");
    }).catchError((errorMsg){
      print("出现异常===$errorMsg");
    }).whenComplete(() {
      print("耗时操作代码执行完成了");
    });

    print("main END");
  }

  Future<String> getNetworkData() {
    return Future((){
      sleep(Duration(seconds: 3));
      print("耗时操作执行===========");
      //return "hello flutter";
      throw Exception("****出现异常了****");
    });
  }

不管是程序正常执行，还是执行过程中出现异常， 最终都会执行whenComplete中的代码块， 相当于Java的try catch中的final

2.6 flutter中的链式调用

针对于上面代码我们可以进行如下改进:

void dartTest() {
    print("main start");
    Future(() {
      sleep(Duration(seconds: 3));
      print("耗时操作执行===========");
      return "hello flutter";
      //throw Exception("****出现异常了****");
    }).then((value) {
      print("耗时操作返回结果====$value");
    }).catchError((errorMsg) {
      print("出现异常===$errorMsg");
    }).whenComplete(() {
      print("耗时操作代码执行完成了");
    });

    print("main END");
  }

需求： 需要进行三次网络请求， 第一次网络请求回来的结果，作为第二次网络请求的参数， 第二次网络请求的结果作为第三次网络请求的参数

可能有很多人想的解决是在第一次的回到函数（then）中在创建一个future对象，进行第二次网络请求，然后再第二次的回调函数中，在创建一个Future进行第三次网络请求。
伪代码：

Future(() {
   //第一次网路请求
}).then((value) {
   //第一次网络请求回调
   Future(() {
   //第二次网路请求
	}).then((value) {
   		//第二次网路请求回调
   			Future(() {
   			//第三次网路请求
			}).then((value) {
   				//第三次网路请求回调
			})
	})
})

Dart语法中提供链式调用来解决这种问题：

void dartTest() {
    print("main start");
    Future(() {
      //第一次网路请求
      sleep(Duration(seconds: 3));
      return "first result";
      //throw Exception("****出现异常了****");
    }).then((value) {
      //第二次网络请求
      sleep(Duration(seconds: 2));
      print("第一次请求的结果====$value");
      return "second result";
    }).then((value) {
      //第三次网络请求
      sleep(Duration(seconds: 1));
      print("第二次请求的结果======$value");
      return "third result";
    }).then((value) {
      print("获取第三次的最终返回结果======$value");
    });

    print("main END");
  }

注意：如果其中一次网络请求发生异常，那么会直接调用catchError的回调函数，然后后面的then是不会执行的

2.7 Future其它相关API

2.7.1 Future.value(value)

直接获取一个完成的Future，该Future会直接调用then的回调函数

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

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

  print("main function end");
}

疑惑：为什么立即执行，但是哈哈哈是在最后打印的呢？

  • 这是因为Future中的then会作为新的任务会加入到事件队列中（Event Queue），加入之后你肯定需要排队执行了

2.7.2 Future.error(object)

直接获取一个完成的Future，但是是一个发生异常的Future，该Future会直接调用catchError的回调函数

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

  Future.error(Exception("错误信息")).catchError((error) {
    print(error);
  });

  print("main function end");
}

2.7.3 Future.delayed(时间, 回调函数)

  • 在延迟一定时间时执行回调函数，执行完回调函数后会执行then的回调
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");
}

延时函数也是可以链式调用的：

Future<String>.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    return "Hello Flutter";
  }).then((res) {
    print(res);
    return "Hello World";
  }).then((res) {
    print(res);
  });

3. await、async

3.1 概念理解

如果你已经完全搞懂了Future，那么学习await、async应该没有什么难度。
await、async是什么呢？

  • 它们可以让我们用同步的代码格式，去实现异步的调用过程。
  • 并且，通常一个async的函数会返回一个Future
    我们已经知道，Future可以做到不阻塞我们的线程，让线程继续执行，并且在完成某个操作时改变自己的状态，并且回调then或者catchError回调。

如何生成一个Fliutter?

  • 通过我们前面学习的Future构造函数，或者后面学习的Future其他API都可以。
  • 还有一种就是通过async的函数。

3.2 案例代码演练

我们来对之前的Future异步处理代码进行改造，改成await、async的形式。

void dartTest() {
    print("main start");

    var result = getNetworkData().then((res) {
      print(res);
    });
    print(result);

    print("main end");
  }

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

    return "请求到的数据：" + result;
  }
  • 注意：
    • await必须要在async函数中才能使用
    • 使用async标记的函数，必须返回一个Future对象
    • await并不是阻塞等待，而是异步等待
    • 我们现在可以像同步代码一样去使用Future异步返回的结果
    • 等待拿到结果之后和其他数据进行拼接，然后一起返回
    • 返回的时候并不需要包装一个Future，直接返回即可，但是返回值会默认被包装在一个Future中；

比如我们上面三次网络请求的那个案例可以使用await和as

以上是关于Flutter学习-Dart异步的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Dart / Flutter：Isolate ***函数的异步行为

flutter解决 dart:html 只支持 flutter_web 其他平台编译报错 Avoid using web-only libraries outside Flutter web(代码片段

Flutter之异步操作async原理Future本质

Flutter之异步操作async原理Future本质

Flutter之异步操作async原理Future本质

Flutter之异步操作async原理Future本质