Dart 單線程、Isolate

Dart 單線程模型

眾所周知，在Java中使用多線程來處理并發(fā)任務佛点，適量并合適地使用多線程醇滥，能夠極大地提高資源的利用率和程序運行效率黎比，但是缺點也比較明顯，比如過度開啟線程會帶來額外的資源和性能消耗或多線程共享內(nèi)存容易出現(xiàn)死鎖等鸳玩。實際上阅虫，在APP的使用過程中，多數(shù)處理空閑狀態(tài)不跟，并不需要進行密集或高并發(fā)的處理颓帝，因此從某些意義上來說，多線程顯得有點多余窝革。正是因為如此购城，Dart作為一種新的語言，通過引單線程模型很好地處理了并發(fā)任務對多線程的依賴虐译。

1.1 單線程模型

Dart是一種單線程語言瘪板，因此Dart程序沒有主線程和子線程之分，而在Dart中線程并不是指Thread漆诽，而是指Isolate侮攀。因為Dart沒有線程的概念，只有Isolate厢拭，每個Isolate都是隔離的兰英，并不會共享內(nèi)存。所有的Dart代碼都是在Isolate中運行供鸠，它就像機器上的一個小空間畦贸，具有自己的私有內(nèi)存塊和一個運行著事件循環(huán)模型的單線程。也就是說回季，一旦某個Dart函數(shù)開始執(zhí)行家制，它將執(zhí)行到這個函數(shù)的結(jié)束而不被其他Dart代碼打斷，這就是單線程的特性泡一。

默認情況下颤殴，Dart程序只有一個Isolate(未自己創(chuàng)建的情況下)，而這個Isolate就是Main Isolate鼻忠。也就是說涵但，一個Dart程序是從Main Isolate的main函數(shù)開始的，而在main函數(shù)結(jié)束后帖蔓，Main isolate線程開始一個一個處理事件循環(huán)模型隊列中的每一事件(Event)矮瘟。上圖描述的就是Main Isolate的消息循環(huán)模型。

1.2 事件循環(huán)模型

也許你會問塑娇，既然Dart是一種單線程語言澈侠，那么是不是就意味著Dart無法并發(fā)處理異步任務了？此言差矣埋酬。前面說到哨啃，所有的Dart程序都在Isolate中運行烧栋，每個Isolate擁有自己的私有內(nèi)存塊和一個事件循環(huán)模型，其中拳球，事件循環(huán)模型就是用來處理各種事件审姓，比如點輸入/輸出，點擊祝峻，定時器以及異步任務等魔吐。下圖描述了一個Isolate的事件循環(huán)模型的整個流程：

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從上圖可知，Dart事件循環(huán)機制由一個消息循環(huán)(event looper)和兩個消息隊列構(gòu)成莱找，其中酬姆，兩個消息隊列是指事件隊列(event queue)和微任務隊列(Microtask queue)。該機制運行原理為：

首先宋距，Dart程序從main函數(shù)開始運行轴踱，待main函數(shù)執(zhí)行完畢后，event looper開始工作谚赎；
然后淫僻，event looper優(yōu)先遍歷執(zhí)行Microtask隊列所有事件，直到Microtask隊列為空壶唤；
接著雳灵，event looper才遍歷執(zhí)行Event隊列中的所有事件，直到Event隊列為空闸盔；
最后悯辙，視情況退出循環(huán)。

為了進一步理解迎吵，我們解釋下上述三個概念：

（1）消息循環(huán)(Event Looper)

顧名思義躲撰，消息循環(huán)就是指一個永不停歇且不能阻塞的循環(huán)，它將不停的嘗試從微任務隊列和事件隊列中獲取事件(event)進行處理击费，而這些Event包括了用戶輸入拢蛋，點擊，Timer蔫巩，文件IO等谆棱。

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（2）事件隊列(Event queue)

該隊列的事件來源于外部事件和Future，其中圆仔，外部事件主要包括I/O垃瞧，手勢，繪制坪郭，計時器和isolate相互通信的message等个从，而Future主要是指用戶自定義的異步任務，通過創(chuàng)建Future類實例來向事件隊列添加事件歪沃。需要注意的是嗦锐，當Event looper正在處理Microtask Queue時鸵隧，Event queue會被阻塞，此時APP將無法進行UI繪制意推，響應用戶輸入和I/O等事件。下列示例演示了向Event queue中添加一個異步任務事件：

main(List<String> args) {
  print('main start...')
  
  var futureInstance = Future<String>(() => "12345");
  futureInstance.then((res) {
    print(res);
  }).catchError((err) {
    print(err);
  });
  
  print('main end...')
}

// 打印結(jié)果：
//      main start...
//      main end...
//      12345

(3）微任務隊列(Microtask queue)

該隊列的事件來源與當前isolate的內(nèi)部或通過scheduleMicrotask函數(shù)創(chuàng)建珊蟀，Microtask一般用于非常短的內(nèi)部異步動作菊值，并且任務量非常少，如果微任務非常多育灸，就會造成Event queue排不上隊腻窒，會阻塞Event queue的執(zhí)行造成應用ANR，因為Microtask queue的優(yōu)先級高于Event queue磅崭。因此儿子，大多數(shù)情況下的任務優(yōu)先考慮使用Event queue，不到萬不得已不要使用Microtask queue砸喻。下列示例演示了兩個事件隊列執(zhí)行情況：

iimport 'dart:async';

void main(List<String> args) {
  print('main start...');

  /// 創(chuàng)建異步event queue
  var futureInstance = Future<String>(() => "12345");
  futureInstance.then((res) {
    print(res);
  }).catchError((err) {
    print(err);
  });

  /// 執(zhí)行函數(shù)
  stark();

  /// scheduleMicrotask函數(shù)創(chuàng)建微任務MircroTask queue
  scheduleMicrotask(() => print('microtask #1 of 2'));
  print('main end...');

  /// scheduleMicrotask函數(shù)創(chuàng)建微任務MircroTask queue
  scheduleMicrotask(() => print('microtask #2 of 2'));
}

void stark() async {
  print('stark start...');

  /// 創(chuàng)建異步event queue
  var futureInstance = Future<String>(() => "900303");

  /// 異步等待
  var rep = await futureInstance;
  print(rep);

  /// 創(chuàng)建異步event queue
  var futureInstance1 = Future<String>(() => "xxxxx");
  futureInstance1.then((res) {
    print(res);
  }).catchError((err) {
    print(err);
  });

  print('stark end...');
}

// 執(zhí)行順序：
// main start...
// stark start...
// main end...
// microtask #1 of 2
// microtask #2 of 2
// 12345
// 900303
// stark end...
// xxxxx

1.3 Isolate

大多數(shù)計算機中柔逼，甚至在移動平臺上，都在使用多核CPU割岛。為了有效利用多核性能愉适，開發(fā)者一般使用共享內(nèi)存數(shù)據(jù)來保證多線程的正確執(zhí)行。然而多線程共享數(shù)據(jù)通常會導致很多潛在的問題癣漆，并導致代碼運行出錯维咸。Dart作為一種新語言，為了緩解上述問題惠爽，提出了Isolate(隔離區(qū))的概念癌蓖，即Dart沒有線程的概念，只有Isolate婚肆，所有的Dart代碼都是在Isolate中運行租副，它就像是機器上的一個小空間，具有自己的私有內(nèi)存堆和一個運行著Event Looper的單個線程旬痹。

通常附井，一個Dart應用對應著一個Main Isolate，且應用的入口即為該Isolate的main函數(shù)两残。當然永毅，我們也可以創(chuàng)建其它的Isolate，由于Isolate的內(nèi)存堆是私有的人弓，因此這些Isolate的內(nèi)存都不會被其它Isolate訪問沼死。假如不同的Isolate需要通信(單向/雙向)，就只能通過向?qū)Ψ降氖录h(huán)隊列里寫入任務崔赌，并且它們之間的通訊方式是通過port(端口)實現(xiàn)的意蛀，其中耸别，Port又分為receivePort(接收端口)和sendPort(發(fā)送端口)，它們是成對出現(xiàn)的县钥。Isolate之間通信過程：

首先秀姐，當前Isolate創(chuàng)建一個ReceivePort對象，并獲得對應的SendPort對象若贮；

var receivePort = ReceivePort();
var sendPort = receivePort.sendPort;

其次省有，創(chuàng)建一個新的Isolate，并實現(xiàn)新Isolate要執(zhí)行的異步任務谴麦，同時蠢沿，將當前Isolate的SendPort對象傳遞給新的Isolate，以便新Isolate使用這個SendPort對象向原來的Isolate發(fā)送事件匾效；

// 調(diào)用Isolate.spawn創(chuàng)建一個新的Isolate
// 這是一個異步操作舷蟀，因此使用await等待執(zhí)行完畢
var anotherIsolate = await Isolate.spawn(otherIsolateInit, receivePort.sendPort);

// 新Isolate要執(zhí)行的異步任務
// 即調(diào)用當前Isolate的sendPort向其receivePort發(fā)送消息
void otherIsolateInit(SendPort sendPort) async {
  value = "Other Thread!";
  sendPort.send("BB");
}

第三，調(diào)用當前Isolate#receivePort的listen方法監(jiān)聽新的Isolate傳遞過來的數(shù)據(jù)面哼。Isolate之間什么數(shù)據(jù)類型都可以傳遞野宜，不必做任何標記。

receivePort.listen((date) {
    print("Isolate 1 接受消息：data = $date");
});

最后魔策，消息傳遞完畢速缨，關閉新創(chuàng)建的Isolate。


import 'dart:isolate';

var anotherIsolate;
var value = "Now Thread!";

void startOtherIsolate() async {
  value = " Isolate1 Thread!";

  /// 獲取當前 Isolate 接收對象
  var receivePort = ReceivePort();

  receivePort.listen((message) {
    if (message is String) {
      print("Isolate1 接受消息：data = $message; value = $value");
    } else if (message is SendPort) {
      message.send("我來自 isolate1 發(fā)送 消息");
    }
  });

  /// 創(chuàng)建 Isolate 對象
  anotherIsolate = await Isolate.spawn(otherIsolateInit, receivePort.sendPort);
}

void otherIsolateInit(SendPort sendPort) async {
  value = " Isolate2 Thread!";

  /// 獲取當前 Isolate 接收對象
  var receivePort2 = ReceivePort();
  receivePort2.listen((message) {
    print("Isolate2 接受消息：message = $message; value = $value ");
  });

  /// 發(fā)送消息
  sendPort.send("加油");
  sendPort.send(receivePort2.sendPort);
}

void main(List<String> args) {
  startOtherIsolate();
}
==============執(zhí)行結(jié)果===========

Isolate1 接受消息：data = 加油; value =  Isolate1 Thread!
Isolate2 接受消息：message = 我來自 isolate1 發(fā)送 消息; value =  Isolate2 Thread!

Isolate 處理耗時操作使用場景

import 'dart:isolate';

var anotherIsolate;
var value = "Now Thread!";

void startOtherIsolate() async {
  value = " Isolate1 Thread!";
  int count = 1000000000;

  /// 獲取當前 Isolate 接收對象
  var receivePort = ReceivePort();

  receivePort.listen((message) {
    if (message is String) {
      print("Isolate1 接收消息：message = $message; value = $value");
    } else if (message is SendPort) {
      message.send("我來自 isolate1 發(fā)送 消息");
    } else if (message is int) {
      print('Isolate1 接接int消息: $message');
    }
  });

  /// 創(chuàng)建 Isolate 對象
  anotherIsolate = await Isolate.spawn(
      otherIsolateInit, {"sendPort": receivePort.sendPort, "params": count});
}

void otherIsolateInit(Map<String, dynamic> info) async {
  SendPort sendPort = info['sendPort'];
  int count = info['params'];
  value = " Isolate2 Thread!";
  print('otherIsolateInit start...');

  /// 獲取當前 Isolate 接收對象
  var receivePort2 = ReceivePort();
  receivePort2.listen((message) {
    print("Isolate2 接受消息：message = $message; value = $value ");
  });

  /// 發(fā)送消息
  sendPort.send(receivePort2.sendPort);

  /// 處理耗時任務
  /// 耗時任務會阻塞該isolate代乃、不會阻塞main isolate
  int _sum = 0;
  int _index = 0;
  while (_index <= count) {
    _sum += _index;
    _index++;
  }
  sendPort.send(_sum);

  print('otherIsolateInit end...');
}

void main(List<String> args) {
  startOtherIsolate();
}

============輸入日志===============

otherIsolateInit start...
otherIsolateInit end...
Isolate1 接接int消息: 500000000500000000
Isolate2 接受消息：message = 我來自 isolate1 發(fā)送 消息; value =  Isolate2 Thread!

轉(zhuǎn)載原文

Dart 單線程才漆、Isolate

Dart 單線程模型

1.1 單線程模型

1.2 事件循環(huán)模型

1.3 Isolate