68Dart单线程模型与异步流调用机制
Dart单线程模型以及异步机制
1.简介
不管是在Android/IOS,还是Web、后台、PHP,GO等等编程语言中，都会有同步异步的概念。简单说，同步就是按照代码顺序执行，由上至下。
但是，同步也会导致出现问题阻塞，比如同步时，我们中间需要处理耗时操作，一旦是同步的，就会导致后续事件无法处理，直观的感受案例：我们在手机
上点击屏幕翻页，但是视频可能半分钟之后才响应，也就是阻塞无响应。
在java/swift/kotlin中，如果异步，是需要开子线程去执行（注意kotlin有协程，可以不需要）异步操作，十个耗时任务，可以开启十个子线程同时执行，但同时也带来了大量资源的耗费以及内存共享问题需要加锁解决，复杂情况可能会导致死锁。基于此观念，java后台开发出现了很多著名的框架，springBoot/SpringCloud/k8s等等。
在Dart语言中，只有单线程，那么它是如何处理同步异步问题了。
2.事件异步模型
事件异步模型，简单说：单线程中存在一个事件循环和一个事件队列，比如Android中Handler和MessageQueue就是如此设计的，但也有所不同。事件循环，不断地从事件队列中取数据，遇到耗时的事件时，不会停下来等待结果，而是跳过耗时事件，继续执行下一个事件。等所有耗时事件完成之后，在进行查看耗时的结果。因此，耗时事件不会阻塞整个事件循环，这让它后面的事件也会有机会得到执行
三者对比比较：
| 模型 | CPU资源 | 内存占用 | 计算密集型 | 复杂度 | I/0流 |
| ------ | ------- | -------- | ---------- | | |
| 单线程 | 1核 | 低 | 低 | 低 | 卡死 |
| 多线程 | 多核 | 高 |低| 高 | 高 |
| 基于事件 | 1核 | 低 |低| 低 | 高 |
通过对比，可以了解到，基于事件模型，不擅长计算密集型的操作，这种异步模型往往用于网络服务器并发。
3.Dart事件模型
Dart 是事件驱动的体系结构，该结构基于具有单个事件循环和两个队列的单线程执行模型。 Dart虽然提供调用堆栈。 但是它使用事件在生产者和消费者之间传输上下文。 事件循环由单个线程支持，因此根本不需要同步和锁定。
Dart 的两个队列分别是：
MicroTask queue微任务队列Event queue事件队列
Dart事件循环执行如上图所示
- 1.先查看
MicroTask队列是否为空，不是则先执行MicroTask队列 - 2.一个MicroTask执行完后，检查有没有下一个MicroTask，直到MicroTask队列为空，才去执行Event队列
- 3.在Evnet 队列取出一个事件处理完后，再次返回第一步，去检查MicroTask队列是否为空
总结：MicroTask中任务，需要尽快执行处理，否则Event队列无法执行，Event队列大部分是鼠标按键操作或者I/O流操作，直观感受就是被卡住。
4.使用
1.加入MicroTask队列
import 'dart:async';
void main() {
//1.使用scheduleMicrotask
scheduleMicrotask(myTask);
//2.使用Future对象添加
new Future.microtask(myTask);
}
void myTask(){
print("this is my task");
}
2.加入Event队列
import 'dart:async';
void main() {
new Future(myTask);
}
void myTask(){
print("this is my task");
}
3.延迟队列
注意：延迟队列，是加入到Event队列中
import 'dart:async';
void main() {
new Future.delayed(new Duration(seconds:1),(){
print('task delayed');
});
}
4.对比是否符合Dart事件模型
import 'dart:async';
void main() {
print('开始');
new Future(() {
print('这是event队列');
});
new Future.microtask(() => {
print('这是micro队列')
});
new Future.delayed(new Duration(seconds:1),(){
print('task delayed');
});
print('结束');
}
result:
E:\flutter\bin\cache\dart-sdk\bin\dart.exe --enable-asserts F:\DartDemo2\.idea\day01\DartAsync\03.dart
开始
结束
这是micro队列
这是event队列
task delayed
Process finished with exit code 0
5.Future详解
说明：Future类是对未来结果的一个代理，并不是返回任务值，任务值需要获取。
1.创建Future方式
Future()//默认Event队列Future.microtask()//mocro队列Future.sync()//立即执行Future.value()Future.delayed()Future.error()
其中sync是同步方法，任务会被立即执行
2.回调
任务完成后，需要一个回调，拿到任务返回结果，回调会被立即执行，不会再加入队列中。
import 'dart:async';
int myTask() {
return 2;
}
void main() {
new Future(() {
return myTask();
}).then((res) { //链式调用
print("async task complete $res");
return res;
}).then((res) {//链式调用
print("async task after$res");
});
}
3.async和await
简化 Future调用:
遇到await之后，会将任务发到队列中
import 'dart:io';
Future doTask() async {
sleep(Duration(seconds: 2));
return "ok";
}
// 定义一个函数用于包装
void test() async {
var r = await doTask();
print(r);
}
void main() {
test();
}
模拟链式
void getData() async {
var res1 = await getNetworkData("agrument1");
var res2 = await getNetworkData(res1);
var res3 = await getNetworkData(res2);
print(res3);
}
Future getNetworkData(String arg) {
return Future((){
sleep(Duration(seconds: 3));
return "Hello word" +arg;
});
}
6.Isolate
非常耗时的任务添加到事件队列后，仍然会拖慢整个事件循环的处理，甚至是阻塞。可见基于事件循环的异步模型仍然是有很大缺点的，这时候我们就需要Isolate。
简单来说，可以将其理解为线程，但是不同于线程，最佳解释为微线程或者协程概念。二者区别在于：线程资源可以共享，有加锁的概念，而协程是没有的，每个协程Isolate都是独立的，每个Isolate都有自己的事件循环，它们之间只能通过发送消息通信，所以它的资源开销低于线程。
这个dart用法中挺麻烦的，暂时过滤，再Flutter中使用比较容易，因为Flutter给我们封装好了。
常见使用场景：
1.超大文件的下载
2.超大文件的拷贝
3.加密
4.图像处理，比如裁剪
7Stream流
Stream和 Future都是Dart中异步编程的核心内容
1.什么是Stream流
Stream是Dart语言中的所谓异步数据序列的东西，简单理解，其实就是一个异步数据队列而已。我们知道队列的特点是先进先出的，Stream也正是如此
更形象的比喻，Stream就像一个传送带。可以将一侧的物品自动运送到另一侧。如上图，在另一侧，如果没有人去抓取，物品就会掉落消失。
但如果我们在末尾设置一个监听，当物品到达末端时，就可以触发相应的响应行为。
2.Stream流两种类型
- 单订阅流：单订阅流的特点是只允许存在一个监听器，即使该监听器被取消后，也不允许再次注册监听器
- 广播流：允许多个监听器存在，就如同广播一样，凡是监听了广播流，每个监听器都能获取到数据
3.Stream单订阅流
1.periodic ：指定的间隔时间内生成一个自然数列
//该方法从整数0开始，在指定的间隔时间内生成一个自然数列，以上设置为每一秒生成一次，callback函数用于对生成的整数进行处理，处理后再放入Stream中。这里并未处理，直接返回了。要注意，这个流是无限的，它没有任何一个约束条件使之停止。在后面会介绍如何给流设置条件。
void main(){
test();
}
test() async{
// 使用 periodic 创建流，第一个参数为间隔时间，第二个参数为回调函数
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
// await for循环从流中读取
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value){
return value * 2;
}
————————可以用于做定时器
2.fromFuture：从一个Future创建Stream
该方法从一个Future创建Stream，当Future执行完成时，就会放入Stream中，而后从Stream中将任务完成的结果取出。这种用法，很像异步任务队列。
//该方法从一个Future创建Stream，当Future执行完成时，就会放入Stream中，而后从Stream中将任务完成的结果取出。这种用法，很像异步任务队列。
void main(){
test();
}
test() async{
print("test start");
Future fut = Future((){
return "async task";
});
// 从Future创建Stream
Stream stream = Stream.fromFuture(fut);
await for(var s in stream){
print(s);
}
print("test end");
}
3.fromFutures:多个Future
import 'dart:io';
//从多个Future创建Stream，即将一系列的异步任务放入Stream中，每个Future按顺序执行，执行完成后放入Stream
void main() {
test();
}
test() async{
print("test start");
Future fut1 = Future((){
// 模拟耗时5秒
sleep(Duration(seconds:2));
return "async task1";
});
Future fut2 = Future((){
sleep(Duration(seconds: 2));
return "async task2";
});
// 将多个Future放入一个列表中，将该列表传入
Stream stream = Stream.fromFutures([fut1,fut2]);
await for(var s in stream){
print(s);
}
print("test end");
}
4.fromIterable
该方法从一个集合创建Stream，用法与上面例子大致相同
//该方法从一个集合创建Stream，用法与上面例子大致相同
void main(){
test();
}
test() async{
// 使用 periodic 创建流，第一个参数为间隔时间，第二个参数为回调函数
// 从一个列表创建`Stream`
Stream stream = Stream.fromIterable([1,2,3]);
// await for循环从流中读取
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value){
return value * 2;
}
5.values
这是Dart2.5 新增的方法，用于从单个值创建Stream
//这是Dart2.5 新增的方法，用于从单个值创建Stream
void main(){
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.value(false);
// await for循环从流中读取
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
4.监听器
1.监听器类型
监听Stream，并从中获取数据也有三种方式
- await for
- forEach
- listen
其中listen:
onError：发生Error时触发onDone：完成时触发unsubscribeOnError：遇到第一个Error时是否取消监听，默认为false
//该方法从整数0开始，在指定的间隔时间内生成一个自然数列，以上设置为每一秒生成一次，callback函数用于对生成的整数进行处理，处理后再放入Stream中。这里并未处理，直接返回了。要注意，这个流是无限的，它没有任何一个约束条件使之停止。在后面会介绍如何给流设置条件。
import 'dart:async';
void main() {
test();
}
test() async {
// 使用 periodic 创建流，第一个参数为间隔时间，第二个参数为回调函数
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
// await for循环从流中读取
// await for (var i in stream) {
// print(i);
// }
// print("object");
// // 使用forEach，传入一个函数进去获取并处理数据
// stream.forEach((int x) {
// print(x);
// });
// stream.listen循环从流中读取
// stream.listen((x) {
// print(x);
// }, onError: (e) => print(e),
// onDone: () => print("onDone")
// );
stream.listen(print);//简写，如同kotlin
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value) {
return value * 2;
}
2.take和takwhile
take:用于限制Stream中的元素数量
takewhile:除了限制Stream个数，还判断bool
// Stream take(int count) 用于限制Stream中的元素数量
void main(){
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
// 当放入三个元素后，监听会停止，Stream会关闭
stream = stream.take(3);
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value){
return value * 2;
}
// Stream take(int count) 用于限制Stream中的元素数量
void main(){
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
// 当放入三个元素后，监听会停止，Stream会关闭
stream = stream.takeWhile((x){
// 对当前元素进行判断，不满足条件则取消监听
return x <= 3;
});
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value){
return value * 2;
}
3.skip：跳过
注意：该方法只是从Stream中获取元素时跳过，被跳过的元素依然是被执行了的，所耗费的时间依然存在，其实只是跳过了执行完的结果而已。
// 表示从Stream中跳过两个元素
void main(){
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
stream = stream.take(5);
// 表示从Stream中跳过两个元素
stream = stream.skip(2);
await for(var i in stream){
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value){
return value * 2;
}
4.toList
将Stream中所有数据存储在List中
// Future> toList() 表示将Stream中所有数据存储在List中
void main() {
test();
}
test() async {
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
stream = stream.take(5);
List data = await stream.toList();
for (var i in data) {
print(i);
}
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value) {
return value * 2;
}
5.length:stream数量
//等待并获取流中所有数据的数量
void main() {
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), callback);
stream = stream.take(5);
var len = await stream.length;
print(len);
}
// 可以在回调函数中对值进行处理修改值
int callback(int value) {
return value * 2;
}
5StreamController控制器
onListen注册监听时回调onPause当流暂停时回调onResume当流恢复时回调onCancel当监听器被取消时回调sync当值为true时表示同步控制器SynchronousStreamController，默认值为false，表示异步控制器
1.放入事件
import 'dart:async';
//它实际上就是Stream的一个帮助类，可用于整个 Stream 过程的控制。
void main() {
test();
}
test() async{
// 创建
StreamController streamController = StreamController();
// 放入事件
streamController.add('element_1');
streamController.addError("this is error");
streamController.sink.add('element_2');
streamController.stream.listen(
print,
onError: print,
onDone: ()=>print("onDone"));
}
2.结合take使用
import 'dart:async';
//还可以在StreamController中传入一个指定的stream
void main() {
test();
}
test() async{
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), (e)=>e);
stream = stream.take(5);
StreamController sc = StreamController();
// 将 Stream 传入
sc.addStream(stream);
// 监听
sc.stream.listen(
print,
onDone: ()=>print("onDone"));
}
/**
* onListen 注册监听时回调
onPause 当流暂停时回调
onResume 当流恢复时回调
onCancel 当监听器被取消时回调
sync 当值为true时表示同步控制器SynchronousStreamController，默认值为false，表示异步控制器
*/
test2() async{
// 创建
StreamController sc = StreamController(
onListen: ()=>print("onListen"),
onPause: ()=>print("onPause"),
onResume: ()=>print("onResume"),
onCancel: ()=>print("onCancel"),
sync:false
);
StreamSubscription ss = sc.stream.listen(print);
sc.add('element_1');
// 暂停
ss.pause();
// 恢复
ss.resume();
// 取消
ss.cancel();
// 关闭流
sc.close();
}
3.暂停恢复取消
import 'dart:async';
//还可以在StreamController中传入一个指定的stream
void main() {
test2();
}
/**
* onListen 注册监听时回调
onPause 当流暂停时回调
onResume 当流恢复时回调
onCancel 当监听器被取消时回调
sync 当值为true时表示同步控制器SynchronousStreamController，默认值为false，表示异步控制器
*/
test2() async{
// 创建
StreamController sc = StreamController(
onListen: ()=>print("onListen"),
onPause: ()=>print("onPause"),
onResume: ()=>print("onResume"),
onCancel: ()=>print("onCancel"),
sync:false
);
StreamSubscription ss = sc.stream.listen(print);
sc.add('element_1');
// 暂停
ss.pause();
// 恢复
ss.resume();
// 取消
ss.cancel();
// 关闭流
sc.close();
}
4.广播流
import 'dart:async';
/**
* 前面已经说了单订阅流的特点，而广播流则可以允许多个监听器存在，就如同广播一样，凡是监听了广播流，每个监听器都能获取到数据。
* 要注意，如果在触发事件时将监听者正添加到广播流，则该监听器将不会接收当前正在触发的事件。如果取消监听，监听者会立即停止接收事件。
* 有两种方式创建广播流，一种直接从Stream创建，另一种使用StreamController创建
*
*
*
* asBroadcastStream
*/
void main() {
test();
}
test() async{
// 调用 Stream 的 asBroadcastStream 方法创建
Stream stream = Stream.periodic(Duration(seconds: 1), (e)=>e)
.asBroadcastStream();
stream = stream.take(5);
stream.listen(print);
stream.listen(print);
}
添加事件
import 'dart:async';
/**
*
*
*
* broadcast
*/
void main() {
test();
}
test() async{
// 创建广播流
StreamController sc = StreamController.broadcast();
sc.stream.listen(print);
sc.stream.listen(print);
sc.add("event1");
sc.add("event2");
}
5.StreamTransformer:转换
该类可以使我们在Stream上执行数据转换。然后，这些转换被推回到流中，以便该流注册的所有监听器可以接收
factory StreamTransformer.fromHandlers({
void handleData(S data, EventSink sink),
void handleError(Object error, StackTrace stackTrace, EventSink sink),
void handleDone(EventSink sink)
})
handleData：响应从流中发出的任何数据事件。提供的参数是来自发出事件的数据，以及EventSink，表示正在进行此转换的当前流的实例handleError：响应从流中发出的任何错误事件handleDone：当流不再有数据要处理时调用。通常在流的close()方法被调用时回调
import 'dart:async';
//StreamController类似于RxJava中flatMap以及map函数
void main() {
test();
}
void test() {
StreamController sc = StreamController();
// 创建 StreamTransformer对象
StreamTransformer stf = StreamTransformer.fromHandlers(
handleData: (int data, EventSink sink) {
// 操作数据后，转换为 double 类型
sink.add((data * 2).toDouble());
},
handleError: (error, stacktrace, sink) {
sink.addError('wrong: $error');
},
handleDone: (sink) {
sink.close();
},
);
// 调用流的transform方法，传入转换对象
Stream stream = sc.stream.transform(stf);
stream.listen(print);
// 添加数据，这里的类型是int
sc.add(1);
sc.add(2);
sc.add(3);
// 调用后，触发handleDone回调
// sc.close();
}