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Flutter的Event Loop、Future及Isolate

转载请联系: 微信号: michaelzhoujay

原文请访问我的博客


本文主要介绍Flutter中Event Loop以及如何在Flutter中做parallel processing.

Event Loop

First things first, everyone needs to bear in mind that Dart is Single Thread and Flutter relies on Dart.

IMPORTANT Dart executes one operation at a time, one after the other meaning that as long as one operation is executing, it cannot be interrupted by any other Dart code.

跟AndroidVM类似,当你启动一个Flutter的App,那么就会系统就会启动一个DartVM Flutter中的Dart VM启动后,那么一个新的Thread就会被创建,并且只会有一个线程,它运行在自己的Isolate中。

当这个Thread被创建后,DartVM会自动做以下3件事情:

  • 初始化2个队列,一个叫“MicroTask”,一个叫“Event”,都是FIFO队列
  • 执行 main() 方法,一旦执行完毕就做下一步
  • 启动 Event Loop

Event Loop就像一个 infinite loop,被内部时钟来调谐,每一个tick,如果没有其他Dart Code在执行,就会做如下的事情(伪代码):

void eventLoop(){
    while (microTaskQueue.isNotEmpty){
        fetchFirstMicroTaskFromQueue();
        executeThisMicroTask();
        return;
    }

    if (eventQueue.isNotEmpty){
        fetchFirstEventFromQueue();
        executeThisEventRelatedCode();
    }
}
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MicroTask Queue

MicroTask Queue是为了非常短暂的asynchronously的内部操作来设计的。在其他Dart代码运行完毕后,且在移交给Event Queue前。

举个例子,我们经常需要在close一个resource以后,dispose掉一些handle,下面的这个例子里,scheduleMicroTask 可以用来做 dispose 的事情:

    MyResource myResource;

    ...

    void closeAndRelease() {
        scheduleMicroTask(_dispose);
        _close();
    }

    void _close(){
        // The code to be run synchronously
        // to close the resource
        ...
    }

    void _dispose(){
        // The code which has to be run
        // right after the _close()
        // has completed
    }
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这里,虽然scheduleMicroTask(_dispose)语句在_close()语句之前,但是由于上面说到的,“其他Dart代码执行完毕后”,所以_close()会先执行,然后执行 Event loop 的 microTask。

即使你已经知道 microTask 的执行时机,而且还学习了用scheduleMicroTask来使用 microTask,但是 microTask 也不是你常用的东西。就 Flutter 本身来说,整个 source code只引用了 scheduleMicroTask() 7次。

Event Queue

Event Queue 主要用来处理当某些事件发生后,调用哪些操作,这些事件分为:

  • 外部事件:
    • I/O
    • gesture
    • drawing
    • timers
    • streams
  • futures

事实上,每当外部事件发生时,要执行的代码都是在 Event Queue里找到的。 只要当没有 MicroTask 需要run了,那么 Event Queue 就会从第一个事件开始处理

Futures

当你创建了一个future的实例,实际上是做了以下几件事情:

  • 一个 instance 被创建,放到一个内部的数组后重新排序,由dart管理
  • 需要后续被执行的代码,被直接push到 Event Queue里面
  • future立即同步返回一个状态incomplete
  • 如果有其他 synchronous 代码,会先执行这些 sychronous 代码

Future和其他Event一样,会在EventQueue里被执行。 以下的例子用来说明Future和上面的Event执行过程一样

void main(){
    print('Before the Future');
    Future((){
        print('Running the Future');
    }).then((_){
        print('Future is complete');
    });
    print('After the Future');
}
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执行后,会得到如下输出:

Before the Future
After the Future
Running the Future
Future is complete
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我们来分步骤解释一下代码是如何执行的:

  1. 执行print(‘Before the Future’)
  2. 将function “(){print(‘Running the Future’);}” 添加到 event queue
  3. 执行print(‘After the Future’)
  4. Event Loop 取到第2步里说的代码,并且运行
  5. 代码执行完毕后,它尝试找到 then 语句并运行

A Future is NOT executed in parallel but following the regular sequence of events, handled by the Event Loop

Async Methods

如果在任何一个方法的声明部分加上 async 后缀,那么你实际上在向dart表明:

  • 该方法的结果是一个 future
  • 如果调用时遇到一个await,那么它会同步执行,会把它所在的代码上下文给pause住
  • 下一行代码会等待,直到上面的future(被await等的)结束

Isolate

每个线程有自己的Isolate,你可以用Isolate.spawn 或者是 compute 来创建一个 Isolate 每个Isolate都有自己的Data,和Event loop Isolate之间通过消息来进行沟通

Isolate.spawn(
  aFunctionToRun,
  {'data' : 'Here is some data.'}, 
);
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compute(
  (paramas) {
    /* do something */
  },
  {'data' : 'Here is some data.'},
);  
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当你在一个Isolate中,创建了一个新的Isolate,然后要和新的Isolate进行沟通,那么就需要SendPortReceivePort。 为了能沟通,两个Isolate必须要互相知晓对方的port:

  • 本地 Isolate 通过 SendPort 来收/发消息,官方起的名字真的是有些让人困惑。
  • 当你创建一个Isolate时,就需要给 spawn 方法传递一个 ReceivePort 的实例,后续会用这个port来收/发消息,同时也会通过这个port把本地 Isolate的sendport返回

找了一个例子,感受一下

//
// The port of the new isolate
// this port will be used to further
// send messages to that isolate
//
SendPort newIsolateSendPort;

//
// Instance of the new Isolate
//
Isolate newIsolate;

//
// Method that launches a new isolate
// and proceeds with the initial
// hand-shaking
//
void callerCreateIsolate() async {
    //
    // Local and temporary ReceivePort to retrieve
    // the new isolate's SendPort
    //
    ReceivePort receivePort = ReceivePort();

    //
    // Instantiate the new isolate
    //
    newIsolate = await Isolate.spawn(
        callbackFunction,
        receivePort.sendPort,
    );

    //
    // Retrieve the port to be used for further
    // communication
    //
    newIsolateSendPort = await receivePort.first;
}

//
// The entry point of the new isolate
//
static void callbackFunction(SendPort callerSendPort){
    //
    // Instantiate a SendPort to receive message
    // from the caller
    //
    ReceivePort newIsolateReceivePort = ReceivePort();

    //
    // Provide the caller with the reference of THIS isolate's SendPort
    //
    callerSendPort.send(newIsolateReceivePort.sendPort);

    //
    // Further processing
    //
}
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两个 Isolate 都有了各自的port,那么它们就可以开始互发消息了:

本地Isolate向新Isolate发消息并回收结果:

Future<String> sendReceive(String messageToBeSent) async {
    //
    // We create a temporary port to receive the answer
    //
    ReceivePort port = ReceivePort();

    //
    // We send the message to the Isolate, and also
    // tell the isolate which port to use to provide
    // any answer
    //
    newIsolateSendPort.send(
        CrossIsolatesMessage<String>(
            sender: port.sendPort,
            message: messageToBeSent,
        )
    );

    //
    // Wait for the answer and return it
    //
    return port.first;
}
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本地Isolate被动收消息,还记得上面的spawn方法吗,第一个参数是 callbackFunction这个方法就是用来收结果的:

//
// Extension of the callback function to process incoming messages
//
static void callbackFunction(SendPort callerSendPort){
    //
    // Instantiate a SendPort to receive message
    // from the caller
    //
    ReceivePort newIsolateReceivePort = ReceivePort();

    //
    // Provide the caller with the reference of THIS isolate's SendPort
    //
    callerSendPort.send(newIsolateReceivePort.sendPort);

    //
    // Isolate main routine that listens to incoming messages,
    // processes it and provides an answer
    //
    newIsolateReceivePort.listen((dynamic message){
        CrossIsolatesMessage incomingMessage = message as CrossIsolatesMessage;

        //
        // Process the message
        //
        String newMessage = "complemented string " + incomingMessage.message;

        //
        // Sends the outcome of the processing
        //
        incomingMessage.sender.send(newMessage);
    });
}

//
// Helper class
//
class CrossIsolatesMessage<T> {
    final SendPort sender;
    final T message;

    CrossIsolatesMessage({
        @required this.sender,
        this.message,
    });
}
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Isolate 的销毁

如果创建的Isolate不再使用,那么最好是能将其release掉:

void dispose(){
    newIsolate?.kill(priority: Isolate.immediate);
    newIsolate = null;
}
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Single-Listener Streams

实际上Isolate之间的沟通是通过 “Single-Listener” Streams 来实现的。

compute

上面说过创建 Isolate的方式,其中 compute 适合于创建以后执行任务,而且完成任务后你不希望有任何沟通。 compute是个function:

  • spawn 一个 Isolate
  • 运行一个callback,传递一些data,返回结果
  • 在callback执行完毕时,kill掉isolate

适合 Isolate 的一些场景

  • JSON 解析
  • encryption 加解密
  • 图像处理,比如 cropping
  • 从网络加载图片

如何挑选呢?

一般来说:

  • 如果一个方法耗时几十毫秒,用 Future
  • 如果一个操作需要几百毫秒了,那么就用 Isolate
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