Flutter中的異步編程——Future

Dart是一個在單線程中運行的程序骨杂，這意味著：如果程序在執(zhí)行中遇到一個需要長時間的執(zhí)行的操作涂身，程序?qū)粌鼋Y(jié)雄卷。為了避免造成程序的凍結(jié)搓蚪，可以使用異步操作使程序在等待一個耗時操作完成時繼續(xù)處理其他工作。在Dart中丁鹉，可以使用Future對象來表示異步操作的結(jié)果妒潭。

Dart的消息循環(huán)機制

在進入正題之前，我們先看一下Dart的消息循環(huán)機制：


簡單總結(jié)一下揣钦，詳細內(nèi)容可以看文章The Event Loop and Dart

Dart中事件循環(huán)的一些主要概念：

  • Dart從兩個隊列執(zhí)行任務(wù)：event事件隊列和microtask微任務(wù)隊列雳灾；
  • Dart的方法是不會被其他Dart代碼打斷的，當main執(zhí)行完成后冯凹，main isolate的線程就會去逐一處理消息隊列中的消息
  • 事件隊列具有來自Dart（Future谎亩，Timer，Isolate Message等）和系統(tǒng)（用戶輸入，I/O等)匈庭；
  • 微任務(wù)隊列目前僅包含來自Dart;
  • 事件循環(huán)會優(yōu)先處理微任務(wù)隊列夫凸，microtask清空之后才將event事件隊列中的下一個項目出隊并處理。
  • 一旦兩個隊列都為空阱持，則應(yīng)用程序已完成工作夭拌，并且（取決于其嵌入程序）可以退出。
  • main（）函數(shù)以及微任務(wù)和事件隊列中的所有項目都在Dart應(yīng)用程序的main isolate上運行衷咽。

什么是Future

Future<T>表示一個指定類型的異步操作結(jié)果（不需要結(jié)果可以使用Future<void>）當一個返回 future 對象的函數(shù)被調(diào)用時：

  1. 講函數(shù)放入隊列等待執(zhí)行并返回一個未完成的Future對象

  2. 當函數(shù)操作執(zhí)行完成鸽扁，F(xiàn)uture對象變?yōu)橥瓿刹y帶一個值或一個錯誤
    上面兩條分別對應(yīng)兩個狀態(tài)：

  3. 運行狀態(tài)(pending)，表示任務(wù)還未完成镶骗，也沒有返回值

  4. 完成狀態(tài)(completed),表示任務(wù)已經(jīng)結(jié)束（無論失敗還是成功）

例如：

# demo1
main() {
  Future f1 = new Future(() {
    print("我是第一個");
  });
  f1.then((_) => print("f1 then"));
  print("我是main");
}
# print:
# 我是main
# 我是第一個
# f3 then

觀察程序輸出桶现，首先執(zhí)行完main函數(shù)然后再去執(zhí)行任務(wù)棧中的內(nèi)容，在該例中也就是我們使用Future假如到event任務(wù)棧中的任務(wù)<u>鼎姊，then中的方法會在Future處于完成態(tài)（completed）時立馬執(zhí)行</u>巩那，之后我們再詳細講解。
Dart提供了數(shù)種創(chuàng)建Future的方法此蜈，其中最基本的為：

  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;
  }

demo1中所使用的就是這種方式創(chuàng)建的Future即横。
其他創(chuàng)建Future的方式包括：

  • Future.value()：返回一個指定值的Future
  • Future.delayed():返回一個延時執(zhí)行的Future
main() {
  Future.delayed(Duration(milliseconds: 200),(){
    print("我是延遲的Future");
  });
  var future = Future.value("我是Future");
  future.then((value) => print(value));
}
# print:
# 我是Future
# 我是延遲的Future

這端代碼執(zhí)行了兩個分支：

  • main()方法
  • event隊列

Future中的任務(wù)調(diào)度

前面講過：當Future執(zhí)行完成后，then()注冊的回調(diào)函數(shù)會立即執(zhí)行裆赵，但是then中的函數(shù)并不會被添加到事件隊列中东囚，只是在事件隊列中的任務(wù)被執(zhí)行完成后才被立刻執(zhí)行（可以理解為：將網(wǎng)絡(luò)請求放在隊列中進行執(zhí)行，拿到結(jié)果后在then中刷新UI）战授。

main() {
  Future f1 = new Future(() => null);
  Future f2 = new Future(() => null);
  Future f3 = new Future(() => {print("創(chuàng)建f3")});
  f3.then((value) => print("我是f3"));
  f2.then((value) => print("我是f2"));
  f1.then((value) => print("我是f1"));
}

上面程序的輸出結(jié)果為：

我是f1
我是f2
創(chuàng)建f3
我是f3

首先页藻，任務(wù)棧符合以FIFO的方式運行，f1,f2,f3一次被加入到任務(wù)棧植兰，then()注冊的函數(shù)并不會被添加到隊列份帐，也不會直接運行。當任務(wù)棧中任務(wù)被執(zhí)行后楣导，立刻運行then中的函數(shù)废境，依次類推⊥卜保可以看到噩凹，then中的回調(diào)函數(shù)執(zhí)行的順序并不取決于注冊的順序，而僅僅與其Future被加入到任務(wù)棧的順序有關(guān)毡咏。
注意：new Future(() => null)和new Future(null)有本質(zhì)上的區(qū)別驮宴，一個函數(shù)體為空，什么都不做呕缭；一個是參數(shù)為空堵泽，不存在函數(shù)修己。
稍微修改一下上例中的代碼：

main() {
  Future f1 = new Future(() => null);
  Future f2 = new Future(() => null);
  Future f3 = new Future(() => {print("創(chuàng)建f3")});
  f3.then((_) => print("我是f3"));

  f2.then((_) {
    print("我是f2");
    new Future(() => print("我是一個新的"));
    f1.then((_) {
      print("我是f1");
    });
  }).then((value) => print("我還是f2"));
}

執(zhí)行結(jié)果為：

我是f2
我還是f2
我是f1
創(chuàng)建f3
我是f3
我是一個新的

先看一下then的定義：

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

這里涉及到兩個關(guān)鍵點：

  • 如果Future在then被調(diào)用之前已經(jīng)完成，那么then中的函數(shù)會被作為任務(wù)添加到microtask隊列中迎罗；
  • then會返回新的新的Future箩退，并且該Future在onValue（then中注冊的回調(diào)函數(shù)）或者onError被執(zhí)行時就已經(jīng)處于完成狀態(tài)了。
  • 如果onValue（回調(diào)函數(shù)）返回值為一個Future佳谦，那么then返回的Future將會在onValue返回的future執(zhí)行完成后處于完成狀態(tài)
    關(guān)于后面兩點：
main() async {
  Future f2 = new Future(() => null);

  f2.then((_) {
        print("我是真正的f2");
        Future f1 = new Future(() => null);
        f1.then((value) => print("我是f1"));
      })
      .then((value) => print(value))
      .then((value) => print("我還是f2嗎"));
}

輸出結(jié)果為：

我是真正的f2
我還是f2嗎
我是f1

其中戴涝，每個then都會返回一個新的Future，而該future會在onValue钻蔑，也就是回調(diào)函數(shù)執(zhí)行時處于完成狀態(tài)啥刻，然后立即執(zhí)行該新future的回調(diào)函數(shù)。

稍微修改代碼：
main() {
  Future f2 = new Future(() => null);

  f2.then((_) {
        print("我是真正的f2");
        Future f1 = new Future(() => null);
        f1.then((value) => print("我是f1"));
        return new Future(() => {print("全新的Future")});
      })
      .then((value) => print("我還是f2嗎"))
      .then((value) => print("我不是了"));
}

運行結(jié)果為：

我是真正的f2
我是f1
全新的Future
我還是f2嗎
我不是了

注意咪笑，then方法本身會返回一個future可帽。在then中的函數(shù)也返回了一個Future，而then所返回的future會緊跟著函數(shù)返回的future之后處于完成狀態(tài)再執(zhí)行后續(xù)回調(diào)函數(shù)窗怒。

總結(jié)一下：

  • 當Future任務(wù)完成后映跟，then()注冊的回調(diào)函數(shù)會立即執(zhí)行。需注意的是扬虚，then()注冊的函數(shù)并不會添加到事件隊列中努隙，回調(diào)函數(shù)只是在事件循環(huán)中任務(wù)完成后被調(diào)用。
  • 如果Future在then()被調(diào)用之前已經(jīng)完成計算辜昵，那么任務(wù)會被添加到微任務(wù)隊列中荸镊，并且該任務(wù)會執(zhí)行then()中注冊的回調(diào)函數(shù)。
  • then會返回新的新的Future堪置，并且該Future在onValue（then中注冊的回調(diào)函數(shù)）或者onError被執(zhí)行時就已經(jīng)處于完成狀態(tài)了躬存。
  • 如果onValue（回調(diào)函數(shù)）返回值為一個Future，那么then返回的Future將會在onValue返回的future執(zhí)行完成后處于完成狀態(tài)

如何處理異步操作的結(jié)果

包括上面提到then舀锨，有三種方法處理Future的結(jié)果：

  • then: 處理操作執(zhí)行結(jié)果或者錯誤并返回一個新的Future
  • catchError: 注冊一個處理錯誤的回調(diào)
  • whenComplete:類似final岭洲，無論錯誤還是正確，F(xiàn)uture執(zhí)行結(jié)束后總是被調(diào)用

then中的onError只能處理當前Future中的錯誤坎匿，而catchError能處理整條調(diào)用鏈上的任何錯誤盾剩。

main() async {
  Future f1 = new Future(() => null);
  Future f2 = new Future(() => null);

  f1
      .then((value) {
        return Future.error("錯誤了");
      })
      .then((value) => print("執(zhí)行成功了嗎"), onError: (error) => print(error))
      .then((value) => Future.error('錯了!'))
      .catchError((error) => {print("我也發(fā)現(xiàn)：$error")});
  f2.then((_) {
    print("我是f2");
  }).whenComplete(() => print("完成了"));
}

輸出結(jié)果為：

錯誤了
我也發(fā)現(xiàn)：錯了！
我是f2
完成了

async和await

上面講了Future的基本用法碑诉，以及使用Future API處理數(shù)據(jù)的方法彪腔。但是這種方法存在一個問題：使用鏈式調(diào)用的方式把多個future連接在一起侥锦，會嚴重降低代碼的可讀性进栽。
可以使用async和await關(guān)鍵字實現(xiàn)異步的功能。async和await可以幫助我們像寫同步代碼一樣編寫異步代碼

main() async {
  Future f1 = new Future.delayed(Duration(milliseconds: 2000),() {
    return "我是第一個";
  });
  Future f2 = new Future(() {
    return "我是第二個";
  });
  f2.then((value) => print("哦哦哦"));
  print("開始了:${DateTime.now()}");
  print("${await f1}:${await f2}");
  print("結(jié)束了:${DateTime.now()}");
}

輸出：

開始了:2020-10-13 15:37:16.871165
哦哦哦
我是第一個:我是第二個
結(jié)束了:2020-10-13 15:37:18.877511

注意：await只能在async函數(shù)里出現(xiàn)
要想改寫異步代碼恭垦，只需要在函數(shù)中添加async關(guān)鍵字

String getAString() {
  return "我是一個字符串";
}
## 改寫為異步代碼
Future<String> getAString() async{
  return "我是一個字符串";
}

需要注意的是快毛，在普通函數(shù)中格嗅，return返回的為T，那么在async函數(shù)中返回的是Future<T>唠帝。但是并不需要顯示的去指明返回的類型屯掖，Dart會自動將返回值包裝成Future對象。但是襟衰，如果原函數(shù)返回的為Future<T>贴铜，在async函數(shù)中返回的仍然是是Future<T>。若async函數(shù)沒有返回值瀑晒，那么Dart會返回一個null值的Future绍坝。

main() {
  print("main函數(shù)開始了");
  firstString();
  secondString();
  thirdString();
  print("main函數(shù)結(jié)束了");
}

firstString() async{
  print("firstString函數(shù)開始了");
  Future.delayed(Duration(milliseconds: 300), () {
    return "我是一個字符串";
  }).then((value) => {print(value)});
  print("firstString函數(shù)結(jié)束了");
}

secondString() {
  print("我是二個字符串");
}

thirdString() {
  print("我是三個字符串");
}

上面代碼的輸出結(jié)果為：

main函數(shù)開始了
firstString函數(shù)開始了
firstString函數(shù)結(jié)束了
我是二個字符串
我是三個字符串
main函數(shù)結(jié)束了
我是一個字符串

注意觀察代碼的執(zhí)行順序，函數(shù)按照順序執(zhí)行苔悦，首先執(zhí)行main函數(shù)轩褐，接著按照順序執(zhí)行firstString()、secondString()thirdString()玖详。Future.delayed并不會阻礙任何代碼的執(zhí)行把介，這符合上文中講的非阻塞調(diào)用，F(xiàn)uture并不會阻塞它所在函數(shù)的執(zhí)行蟋座。
我們稍微修改一下代碼：

main() {
  print("main函數(shù)開始了");
  firstString();
  secondString();
  thirdString();
  print("main函數(shù)結(jié)束了");
}

firstString() async {
  print("firstString函數(shù)開始了");
  Future future = Future.delayed(Duration(milliseconds: 300), () {
    return "我是一個字符串";
  });
  print(await future);
  print("firstString函數(shù)結(jié)束了");
}

secondString() {
  print("我是二個字符串");
}

thirdString() {
  print("我是三個字符串");
}

輸出結(jié)果為：

main函數(shù)開始了
firstString函數(shù)開始了
我是二個字符串
我是三個字符串
main函數(shù)結(jié)束了
我是一個字符串
firstString函數(shù)結(jié)束了

對比兩次結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)拗踢，async和await關(guān)鍵字使得原本非阻塞式的函數(shù)變的同步了，成了阻塞函數(shù)了向臀。函數(shù)遇到Future秒拔，再其未執(zhí)行完之前一直處于阻塞狀態(tài)。但是main函數(shù)依舊正常執(zhí)行飒硅，并不會被async函數(shù)所阻塞砂缩。async和await只會作用于當前函數(shù)，并不會對其他外部函數(shù)造成執(zhí)行上的影響三娩。
await也可以幫助我們在執(zhí)行下個語句之前確保當前語句執(zhí)行完畢：

main() async {
  print("main函數(shù)開始了：${DateTime.now()}");
  print(await firstString());
  print(await secondString());
  print(await thirdString());
  print("main函數(shù)結(jié)束了：${DateTime.now()}");
}

firstString() {
  return Future.delayed(Duration(milliseconds: 300), () {
    return "我是一個字符串";
  });
}

secondString() {
  return Future.delayed(Duration(milliseconds: 200), () {
    return "我是二個字符串";
  });
}

thirdString() {
  return Future.delayed(Duration(milliseconds: 100), () {
    return "我是三個字符串";
  });
}

輸出結(jié)果為：

main函數(shù)開始了：2020-10-13 16:24:46.897353
我是一個字符串
我是二個字符串
我是三個字符串
main函數(shù)結(jié)束了：2020-10-13 16:24:47.527151
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