• 1.Dart單線程異步編程模型
  • 1.1 處理耗時操作
  • 1.2 Dart事件循環(huán)
• 2. isolate
  • 2.1 為什么需要isolate
  • 2.2 什么是isolate
  • 2.3 isolate并發(fā)模型特點
• 3.如何使用isolate
  • 3.1 isolate包介紹
  • 3.2 isolate單向通信
  • 3.3 isolate雙向通信
  • 3.4 isolate的暫停贰军、恢復(fù)痪欲、結(jié)束
  • 3.5 compute函數(shù)
  • 3.6 isolate存在的限制
  • 3.7 isolate和普通Thread的區(qū)別
  • 3.8 什么場景該使用Future還是isolate

1.Dart單線程異步編程模型

單線程的異步操作潭枣？？潦闲？

單線程異步操作？萌抵？？

在開發(fā)中锦秒，我們經(jīng)常會遇到一些耗時的操作需要完成，比如網(wǎng)絡(luò)請求喉镰，上傳和下載旅择，文件讀取等等；如果在主線程中一直等待這些耗時操作完成侣姆，就會發(fā)生阻塞生真，無法響應(yīng)如用戶點擊等操作。

1.1 處理耗時操作

1. 多線程捺宗，比如Java柱蟀、C++，OC偿凭，我們普遍的做法是開啟一個新的線程（Thread）产弹，在新的線程中完成這些異步的操作，再通過線程間通信的方式弯囊，將拿到的數(shù)據(jù)傳遞給主線程。
2. 單線程+事件循環(huán)胶果，比如JavaScript匾嘱、Dart都是基于單線程加事件循環(huán)來完成耗時操作的處理。

單線程是如何來處理網(wǎng)絡(luò)通信早抠、IO操作它們返回的結(jié)果呢霎烙？答案就是事件循環(huán)

1.2 Dart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）。

• 將需要處理的一系列事件（包括點擊事件蕊连、IO事件悬垃、網(wǎng)絡(luò)事件）放在一個事件隊列（Event Queue）中。
• 不斷的從事件隊列（Event Queue）中取出事件甘苍，并執(zhí)行其對應(yīng)需要執(zhí)行的代碼塊尝蠕，直到事件隊列清空位置。

嚴(yán)格來劃分的話载庭，在Dart中還存在另一個隊列：微任務(wù)隊列（Microtask Queue）看彼。

• 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)囚聚，再執(zhí)行 事件隊列 中的任務(wù)靖榕；
• 所有的外部事件任務(wù)都在事件隊列中，如IO顽铸、計時器茁计、點擊、以及繪制事件等谓松；
• 而微任務(wù)通常來源于Dart內(nèi)部星压，并且微任務(wù)非常少瓶蝴。這是因為如果微任務(wù)非常多，就會造成事件隊列排不上隊租幕，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）舷手；

在Dart的單線程中，代碼執(zhí)行順序：

1. Dart的入口是main函數(shù)劲绪，所以main函數(shù)中的代碼會優(yōu)先執(zhí)行男窟；
2. main函數(shù)執(zhí)行完后，會啟動一個事件循環(huán)（Event Loop）就會啟動贾富，啟動后開始執(zhí)行隊列中的任務(wù)歉眷；
3. 首先，會按照先進先出的順序颤枪，執(zhí)行 微任務(wù)隊列（Microtask Queue）中的所有任務(wù)汗捡；
4. 其次，會按照先進先出的順序畏纲，執(zhí)行 事件隊列（Event Queue）中的所有任務(wù)扇住；
   
   image.png

如果在多核CPU中，單線程是不是就沒有充分利用CPU呢盗胀？

2. isolate

? 我們知道Dart是單線程模型艘蹋，也就是實現(xiàn)異步需要借助EventLoop來進行事件驅(qū)動。所以Dart只有一個主線程票灰，其實在Dart中并不是叫 Thread ,而是有個專門名詞叫 「isolate(隔離)女阀。其實在Dart也會遇到一些耗時計算的任務(wù)，不建議把任務(wù)放在主isolate中屑迂，否則容易造成UI卡頓浸策，需要開辟一個單獨isolate來獨立執(zhí)行耗時任務(wù)，然后通過消息機制把最終計算結(jié)果發(fā)送給主isolate實現(xiàn)UI的更新惹盼∮购梗」 在Dart中異步是并發(fā)方案的基礎(chǔ)，Dart支持單個和多個isolate中的異步逻锐。
?

2.1 為什么需要isolate

在Dart/Flutter應(yīng)用程序啟動時夫晌，會啟動一個主線程其實也就是Root Isolate, 在Root Isolate內(nèi)部運行一個EventLoop事件循環(huán)。所以所有的Dart代碼都是運行在Isolate之中的昧诱，它就像是機器上的一個小空間晓淀，具有自己的私有內(nèi)存塊和一個運行事件循環(huán)的單個線程。isolate是提供了Dart/Flutter程序運行環(huán)境盏档，包括所需的內(nèi)存以及事件循環(huán)EventLoop對事件隊列和微任務(wù)隊列的處理凶掰。

2.2 什么是isolate

用官方文檔中定義一句話來概括: An isolated Dart execution context .大概的意思就是 「isolate實際就是一個隔離的Dart執(zhí)行的上下文環(huán)境(或者容器)」。isolate是Dart對 「Actor并發(fā)模型」 的實現(xiàn)。運行中的Dart程序由一個或多個「Actor」組成懦窘，這些「Actor」其實也就是Dart中的isolate前翎。 「isolate是有自己的內(nèi)存和單線程控制的事件循環(huán)」。是一條獨立的執(zhí)行線畅涂，它們之間只能通過發(fā)送消息通信港华，所以它的資源開銷低于線程。isolate本身的意思是“隔離”午衰，因為 「isolate之間的內(nèi)存在邏輯上是隔離的立宜，不像Java一樣是共享內(nèi)存的」。isolate中的代碼是按順序執(zhí)行的臊岸，「任何Dart程序的并發(fā)都是運行多個isolate的結(jié)果」橙数。因為 「Dart沒有共享內(nèi)存的并發(fā)」，沒有競爭的可能性所以不需要鎖帅戒，也就不存在死鎖的問題灯帮。

2.3 isolate并發(fā)模型特點

isolate可以理解為是概念上Thread線程，但是它和Thread線程唯一不一樣的就是 「多個isolate之間彼此隔離且不共享內(nèi)存空間逻住，每個isolate都有自己獨立內(nèi)存空間钟哥，從而避免了鎖競爭」。由于每個isolate都是隔離鄙信，它們之間的通信就是 「基于Actor并發(fā)模型中發(fā)送異步消息來實現(xiàn)通信的」瞪醋，所以更直觀理解把一個isolate當(dāng)作Actor并發(fā)模型中一個Actor即可。在isolate中還有「Port」的概念装诡，分為send port和receive port可以把它理解為Actor模型中每個Actor內(nèi)部都有對mailbox(信箱)的實現(xiàn)，可以很好地管理Message践盼。

3.如何使用isolate

3.1 isolate包介紹

使用isolate類進行并發(fā)操作鸦采，需要導(dǎo)入 isolate

import 'dart:isolate';

該Library主要包含下面:

• Isolate 類: Dart代碼執(zhí)行的隔離的上下文環(huán)境
• ReceivePort 類: 它是一個接收消息的 Stream ， ReceivePort 可以生成 SendPort , ReceivePort 接收消息咕幻，可以把消息發(fā)送給其他的 isolate, 所以要發(fā)送消息就需要生成 SendPort , 然后再由 SendPort 發(fā)送給對應(yīng)isolate的 ReceivePort .
• SendPort 類: 將消息發(fā)送給isolate, 準(zhǔn)確的來說是將消息發(fā)送到isolate中的 ReceivePort

此外可以使用 spawn 方法生成一個新的 isolate 對象渔伯， spawn 是一個靜態(tài)方法返回的是一個 Future<Isolate> , 必傳參數(shù)有兩個，函數(shù) entryPoint 和參數(shù) message ,其中 entryPoint函數(shù)必須是頂層函數(shù)或靜態(tài)方法肄程，參數(shù)message需要包含SendPort.

external static Future<Isolate> spawn<T>(
      void entryPoint(T message), T message,
      {bool paused = false,
      bool errorsAreFatal = true,
      SendPort? onExit,
      SendPort? onError,
      @Since("2.3") String? debugName});

3.2 isolate單向通信

import "dart:isolate";

void main() async {
  // 1.創(chuàng)建管道
  ReceivePort receivePort= ReceivePort();

  // 2.創(chuàng)建新的Isolate
  Isolate isolate = await Isolate.spawn<SendPort>(foo, receivePort.sendPort);

  // 3.監(jiān)聽管道消息
  receivePort.listen((data) {
    print('單向通信Data：$data');
    // 不再使用時锣吼，我們會關(guān)閉管道
    receivePort.close();
    // 需要將isolate殺死
    isolate.kill(priority: Isolate.immediate);
  });
}

void foo(SendPort sendPort) {
  sendPort.send("Hello World");
}

// 打印
// [log] 單向通信data：Hello World

3.3 isolate雙向通信

  /// 雙向通信
  Future<SendPort> initIsolate() async {
    log('initIsolate == ${Isolate.current.debugName}');
    Completer<SendPort> completer = Completer<SendPort>();
    //主isolate中的接收者（接收子isolate中發(fā)送的消息）
    ReceivePort mainReceivePort = ReceivePort();
    //接受者的監(jiān)聽
    mainReceivePort.listen((data) {
      if (data is SendPort) {
        //接收到子isolate中創(chuàng)建的 SendPort，可使用該SendPort向子isolate發(fā)送消息
        SendPort newSendPort = data;
        completer.complete(newSendPort);
      } else {
        log('[newIsolateToMainStream] $data');
      }
    });
    //創(chuàng)建子isolate蓝厌，傳入 入口函數(shù) 和 接受者sendPort  玄叠，子isolate可使用該sendPort向主isolate發(fā)送消息
    Isolate newIsolateInstance =
        await Isolate.spawn(newIsolate, mainReceivePort.sendPort);
    log('newIsolateInstance == ${newIsolateInstance.debugName}');
    return completer.future;
  }

  /// 子Isolate的入口函數(shù)，可以在該函數(shù)中做耗時操作
  static void newIsolate(SendPort mainSendPort) {
    log('newIsolate == ${Isolate.current.debugName}');
    ReceivePort newReceivePort = ReceivePort();
    mainSendPort.send(newReceivePort.sendPort);

    newReceivePort.listen((data) {
      log('[mainToNewIsolateStream] $data');
      var sum = 0;
      for (int i = 1; i <= data; i++) {
        sum += I;
      }
      mainSendPort.send('計算結(jié)果：$sum');
    });
  }

  void twoWaystart() async {
    SendPort newSendPort = await initIsolate();
    //接收到子ioslate中的 SendPort   可向子isolate中發(fā)送消息
    newSendPort.send(1000000000);
  }
  
// 打印
// [log] initIsolate == main
// [log] newIsolate == newIsolate
// [log] newIsolateInstance == newIsolate
// [log] [mainToNewIsolateStream] 1000000000
// [log] [newIsolateToMainStream] 計算結(jié)果：500000000500000000

3.4 isolate的暫停拓提、恢復(fù)读恃、結(jié)束

    //恢復(fù) isolate 的使用
    isolate.resume(isolate.pauseCapability);

    //暫停 isolate 的使用
    isolate.pause(isolate.pauseCapability);

    //結(jié)束 isolate 的使用
    isolate.kill(priority: Isolate.immediate);

3.5 compute函數(shù)

 // 創(chuàng)建一個新的Isolate，在其中運行任務(wù)doWork
  createNewTask() async {
    var str = 'New Task';
    var result = await compute(doWork, str);
    print(result);

    var result2 = await compute(summ, 1000000000);
    print(result2);
  }

  static String doWork(String value) {
    print('new isolate doWork start == ${DateTime.now()}');
    // 模擬耗時5秒
    sleep(const Duration(seconds: 5));

    print('new isolate doWork end == ${DateTime.now()}');
    return "complete:$value";
  }

  //計算0到 num 數(shù)值的總和
  static num summ(int num) {
    print('開始計算');
    int count = 0;
    while (num > 0) {
      count = count + num;
      num--;
    }
    print('計算結(jié)束');
    return count;
  }
  
// 打印
flutter: new isolate doWork start == 2022-06-21 20:37:43.615597
flutter: new isolate doWork end == 2022-06-21 20:37:48.622028
flutter: complete:New Task
flutter: 開始計算
flutter: 計算結(jié)束
flutter: 500000000500000000

3.6 isolate存在的限制

Platform-Channel 通信僅僅由主 isolate 支持。該主 isolate 對應(yīng)于應(yīng)用啟動時創(chuàng)建的 isolate寺惫。
也就是說疹吃，通過編程創(chuàng)建的 isolate 實例，無法實現(xiàn) Platform-Channel 通信……

3.7 isolate和普通Thread的區(qū)別

isolate和普通Thread的區(qū)別需要從不同的維度來區(qū)分:

1. 從底層操作系統(tǒng)維度
   在isolate和Thread操作系統(tǒng)層面是一樣的西雀，都是會去創(chuàng)建一個OSThread萨驶，也就是說最終都是委托創(chuàng)建操作系統(tǒng)層面的線程。

2. 從所起的作用維度
   都是為了應(yīng)用程序提供一個運行時環(huán)境艇肴。

3. 從實現(xiàn)機制的維度
   isolate和Thread有著明顯區(qū)別就是大部分情況下的Thread都是共享內(nèi)存的腔呜，存在資源競爭等問題，但是isolate彼此之間是不共享內(nèi)存的豆挽。

3.8 什么場景該使用Future還是isolate

用戶將根據(jù)不同的因素來評估應(yīng)用的質(zhì)量育谬，比如：

• 特性
• 外觀
• 用戶友好性
• ……

你的應(yīng)用可以滿足以上所有因素，但如果用戶在一些處理過程中遇到了卡頓帮哈，這極有可能對你不利膛檀。

因此，以下是你在開發(fā)過程中應(yīng)該系統(tǒng)考慮的一些點：

1. 如果代碼片段不能被中斷娘侍，使用傳統(tǒng)的同步過程（一個或多個相互調(diào)用的方法）咖刃；
2. 如果代碼片段可以獨立運行而不影響應(yīng)用的性能，可以考慮通過 Future 使用 事件循環(huán)憾筏；
3. 如果繁重的處理可能需要一些時間才能完成嚎杨，并且可能影響應(yīng)用的性能，考慮使用 Isolate氧腰。

換句話說枫浙，建議盡可能地使用 Future（直接或間接地通過 async 方法），因為一旦事件循環(huán)擁有空閑時間古拴，這些 Future 的代碼就會被執(zhí)行箩帚。這將使用戶感覺事情正在被并行處理（而我們現(xiàn)在知道事實并非如此）。

另外一個可以幫助你決定使用 Future 或 Isolate 的因素是運行某些代碼所需要的平均時間黄痪。

• 如果一個方法需要幾毫秒 => Future
• 如果一個處理流程需要幾百毫秒 => Isolate

以下是一些很好的 Isolate 選項：

• JSON 解碼：解碼 JSON（HttpRequest 的響應(yīng)）可能需要一些時間 => 使用 compute
• 加密：加密可能非常耗時 => Isolate
• 圖像處理：處理圖像（比如：剪裁）確實需要一些時間來完成 => Isolate
• 從 Web 加載圖像：該場景下紧帕，為什么不將它委托給一個完全加載后返回完整圖像的 Isolate？