20年圣诞

2020 神奇的一年，载入史册的一年，改变了很多人的命运，曼谷第一开膛手也转行入坑Flutter，废话不多说，干就完了

Event Loop 机制

像iOS runloop一样，flutter也有事件循环，不同的是，那就是 Dart 是单线程的。那单线程意味着什么呢？这意味着 Dart 代码是有序的，按照在 main 函数出现的次序一个接一个地执行，不会被其他代码中断。另外，作为支持 Flutter 这个 UI 框架的关键技术，Dart 当然也支持异步。需要注意的是，单线程和异步并不冲突。

为什么单线程也可以异步？

比如说，网络请求，Socket 本身提供了 select 模型可以异步查询；而文件 IO，操作系统也提供了基于事件的回调机制。

基于这些特点，单线程模型可以在等待的过程中做别的事情，等真正需要响应结果了，再去做对应的处理。因为等待过程并不是阻塞的，所以给我们的感觉就像是同时在做多件事情一样。但其实始终只有一个线程在处理你的事情。

等待这个行为是通过 Event Loop 驱动的。事件队列 Event Queue 会把其他平行世界（比如 Socket）完成的，需要主线程响应的事件放入其中。像其他语言一样，Dart 也有一个巨大的事件循环，在不断的轮询事件队列，取出事件（比如，键盘事件、I\O 事件、网络事件等），在主线程同步执行其回调函数，如下图所示：

Event Loop

异步任务

图 1 的 Event Loop 示意图只是一个简化版。在 Dart 中，实际上有两个队列，一个事件队列（Event Queue），另一个则是微任务队列（Microtask Queue）。在每一次事件循环中，Dart 总是先去第一个微任务队列中查询是否有可执行的任务，有的话会处理完所有的任务。如果没有，才会处理后续的事件队列的流程。

Event Loop 完整版的流程图，应该如下所示：

Microtask Queue 与 Event Queue

首先，我们看看微任务队列。微任务顾名思义，表示一个短时间内就会完成的异步任务。从上面的流程图可以看到，微任务队列在事件循环中的优先级是最高的，只要队列中还有任务，就可以一直霸占着事件循环。

微任务是由 scheduleMicroTask 建立的。如下所示，这段代码会在下一个事件循环中输出一段字符串：

scheduleMicrotask(() => print('This is a microtask'));

一般的异步任务通常也很少必须要在事件队列前完成，所以也不需要太高的优先级，因此我们通常很少会直接用到微任务队列，就连 Flutter 内部，也只有 7 处用到了而已（比如，手势识别、文本输入、滚动视图、保存页面效果等需要高优执行任务的场景）。

异步任务我们用的最多的还是优先级更低的 Event Queue。比如，I/O、绘制、定时器这些异步事件，都是通过事件队列驱动主线程执行的。

Dart 为 Event Queue 的任务建立提供了一层封装，叫作 Future。从名字上也很容易理解，它表示一个在未来时间才会完成的任务。

把一个函数体放入 Future，就完成了从同步任务到异步任务的包装。Future 还提供了链式调用的能力，可以在异步任务执行完毕后依次执行链路上的其他函数体。

接下来，我们看一个具体的代码示例：分别声明两个异步任务，在下一个事件循环中输出一段字符串。其中第二个任务执行完毕之后，还会继续输出另外两段字符串：

Future(() => print('Running in Future 1'));//下一个事件循环输出字符串

Future(() => print(‘Running in Future 2'))
  .then((_) => print('and then 1'))
  .then((_) => print('and then 2’));//上一个事件循环结束后，连续输出三段字符串

当然，这两个 Future 异步任务的执行优先级比微任务的优先级要低。

正常情况下，一个 Future 异步任务的执行是相对简单的：在我们声明一个 Future 时，Dart 会将异步任务的函数执行体放入事件队列，然后立即返回，后续的代码继续同步执行。而当同步执行的代码执行完毕后，事件队列会按照加入事件队列的顺序（即声明顺序），依次取出事件，最后同步执行 Future 的函数体及后续的 then。

这意味着，then 与 Future 函数体共用一个事件循环。而如果 Future 有多个 then，它们也会按照链式调用的先后顺序同步执行，同样也会共用一个事件循环。

如果 Future 执行体已经执行完毕了，但你又拿着这个 Future 的引用，往里面加了一个 then 方法体，这时 Dart 会如何处理呢？面对这种情况，Dart 会将后续加入的 then 方法体放入微任务队列，尽快执行。

下面的代码演示了 Future 的执行规则，即，先加入事件队列，或者先声明的任务先执行；then 在 Future 结束后立即执行。

//f1比f2先执行
Future(() => print('f1'));
Future(() => print('f2'));

//f3执行后会立刻同步执行then 3
Future(() => print('f3')).then((_) => print('then 3'));

//then 4会加入微任务队列，尽快执行
Future(() => null).then((_) => print('then 4'));

• 在第一个例子中，由于 f1 比 f2 先声明，因此会被先加入事件队列，所以 f1 比 f2 先执行；
• 在第二个例子中，由于 Future 函数体与 then 共用一个事件循环，因此 f3 执行后会立刻同步执行 then 3；
• 最后一个例子中，Future 函数体是 null，这意味着它不需要也没有事件循环，因此后续的 then 也无法与它共享。在这种场景下，Dart 会把后续的 then 放入微任务队列，在下一次事件循环中执行。

通过一个综合案例，来把之前介绍的各个执行规则都串起来，再集中学习一下。
在下面的例子中，我们依次声明了若干个异步任务 Future，以及微任务。在其中的一些 Future 内部，我们又内嵌了 Future 与 microtask 的声明：

Future(() => print('f1'));//声明一个匿名Future
Future fx = Future(() =>  null);//声明Future fx，其执行体为null

//声明一个匿名Future，并注册了两个then。在第一个then回调里启动了一个微任务
Future(() => print('f2')).then((_) {
  print('f3');
  scheduleMicrotask(() => print('f4'));
}).then((_) => print('f5'));

//声明了一个匿名Future，并注册了两个then。第一个then是一个Future
Future(() => print('f6'))
  .then((_) => Future(() => print('f7')))
  .then((_) => print('f8'));

//声明了一个匿名Future
Future(() => print('f9'));

//往执行体为null的fx注册了了一个then
fx.then((_) => print('f10'));

//启动一个微任务
scheduleMicrotask(() => print('f11'));
print('f12');

先别急往下看结果，自己在小本本上写写，或者自己敲代码运行一下

运行一下，上述各个异步任务会依次打印其内部执行结果：

f12
f11
f1
f10
f2
f3
f5
f4
f6
f9
f7
f8

看到这儿，你可能已经懵了。别急，我们先来看一下这段代码执行过程中，Event Queue 与 Microtask Queue 中的变化情况，依次分析一下它们的执行顺序为什么会是这样的：

Event Queue 与 Microtask Queue 变化示例

• 因为其他语句都是异步任务，所以先打印 f12。
• 剩下的异步任务中，微任务队列优先级最高，因此随后打印 f11；然后按照 Future 声明的先后顺序，打印 f1。
• 随后到了 fx，由于 fx 的执行体是 null，相当于执行完毕了，Dart 将 fx 的 then 放入微任务队列，由于微任务队列的优先级最高，因此 fx 的 then 还是会最先执行，打印 f10。
• 然后到了 fx 下面的 f2，打印 f2，然后执行 then，打印 f3。f4 是一个微任务，要到下一个事件循环才执行，因此后续的 then 继续同步执行，打印 f5。本次事件循环结束，下一个事件循环取出 f4 这个微任务，打印 f4。
• 然后到了 f2 下面的 f6，打印 f6，然后执行 then。这里需要注意的是，这个 then 是一个 Future 异步任务，因此这个 then，以及后续的 then 都被放入到事件队列中了。后续的then 也被放到事件队列 是因为 箭头函数 return了个future，所以后续的then是跟着他的，如果没有return future的话，then 会跟着前面的同步执行
• f6 下面还有 f9，打印 f9。
• 最后一个事件循环，打印 f7，以及后续的 f8。

你只需要记住一点：then 会在 Future 函数体执行完毕后立刻执行，无论是共用同一个事件循环还是进入下一个微任务。

在深入理解 Future 异步任务的执行规则之后，我们再来看看怎么封装一个异步函数。

异步函数

对于一个异步函数来说，其返回时内部执行动作并未结束，因此需要返回一个 Future 对象，供调用者使用。调用者根据 Future 对象，来决定：是在这个 Future 对象上注册一个 then，等 Future 的执行体结束了以后再进行异步处理；还是一直同步等待 Future 执行体结束。

对于异步函数返回的 Future 对象，如果调用者决定同步等待，则需要在调用处使用 await 关键字，并且在调用处的函数体使用 async 关键字。

在下面的例子中，异步方法延迟 3 秒返回了一个 Hello 2019，在调用处我们使用 await 进行持续等待，等它返回了再打印：

//声明了一个延迟3秒返回Hello的Future，并注册了一个then返回拼接后的Hello 2019
Future<String> fetchContent() => 
  Future<String>.delayed(Duration(seconds:3), () => "Hello")
    .then((x) => "$x 2019");

  main() async{
  String str = await fetchContent()
    print(str);//等待Hello 2019的返回
  }

也许你已经注意到了，我们在使用 await 进行等待的时候，在等待语句的调用上下文函数 main 加上了 async 关键字。为什么要加这个关键字呢？

因为 Dart 中的 await 并不是阻塞等待，而是异步等待。Dart 会将调用体的函数也视作异步函数，将等待语句的上下文放入 Event Queue 中，一旦有了结果，Event Loop 就会把它从 Event Queue 中取出，等待代码继续执行。

我们先来看下这段代码。第二行的 then 执行体 f2 是一个 Future，为了等它完成再进行下一步操作，我们使用了 await，期望打印结果为 f1、f2、f3、f4：

Future(() => print('f1'))
  .then((_) async => await Future(() => print('f2')))
  .then((_) => print('f3'));
Future(() => print('f4'));

实际上，当你运行这段代码时就会发现，打印出来的结果其实是 f1、f4、f2、f3！

分析一下这段代码的执行顺序：

• 按照任务的声明顺序，f1 和 f4 被先后加入事件队列。
• f1 被取出并打印；然后到了 then。then 的执行体是个 future f2，于是放入 Event Queue。然后把 await 也放到 Event Queue 里。
• 这个时候要注意了，Event Queue 里面还有一个 f4，我们的 await 并不能阻塞 f4 的执行。因此，Event Loop 先取出 f4，打印 f4；然后才能取出并打印 f2，最后把等待的 await 取出，开始执行后面的 f3。

由于 await 是采用事件队列的机制实现等待行为的，所以比它先在事件队列中的 f4 并不会被它阻塞。

接下来，我们再看另一个例子：在主函数调用一个异步函数去打印一段话，而在这个异步函数中，我们使用 await 与 async 同步等待了另一个异步函数返回字符串：

//声明了一个延迟2秒返回Hello的Future，并注册了一个then返回拼接后的Hello 2019
Future<String> fetchContent() => 
  Future<String>.delayed(Duration(seconds:2), () => "Hello")
    .then((x) => "$x 2019");
//异步函数会同步等待Hello 2019的返回，并打印
func() async => print(await fetchContent());

main() {
  print("func before");
  func();
  print("func after");
}

运行这段代码，我们发现最终输出的顺序其实是“func before”“func after”“Hello 2019”。func 函数中的等待语句似乎没起作用。这是为什么呢？

我来给你分析一下这段代码的执行顺序：

• 首先，第一句代码是同步的，因此先打印“func before”。
• 然后，进入 func 函数，func 函数调用了异步函数 fetchContent，并使用 await 进行等待，因此我们把 fetchContent、await 语句的上下文函数 func 先后放入事件队列。
• await 的上下文函数并不包含调用栈，因此 func 后续代码继续执行，打印“func after”。
• 2 秒后，fetchContent 异步任务返回“Hello 2019”，于是 func 的 await 也被取出，打印“Hello 2019”。

通过上述分析，你发现了什么现象？那就是 await 与 async 只对调用上下文的函数有效，并不向上传递。因此对于这个案例而言，func 是在异步等待。如果我们想在 main 函数中也同步等待，需要在调用异步函数时也加上 await，在 main 函数也加上 async。

各位大佬 应该还是迷糊，多看几遍，多敲几遍 自然会懂得

总结

在 UI 编程过程中，异步和多线程是两个相伴相生的名词，也是很容易混淆的概念。对于异步方法调用而言，代码不需要等待结果的返回，而是通过其他手段（比如通知、回调、事件循环或多线程）在后续的某个时刻主动（或被动）地接收执行结果。

因此，从辩证关系上来看，异步与多线程并不是一个同等关系：异步是目的，多线程只是我们实现异步的一个手段之一。而在 Flutter 中，借助于 UI 框架提供的事件循环，我们可以不用阻塞的同时等待多个异步任务，因此并不需要开多线程。我们一定要记住这一点。

Q/A

1. 假如有一个任务（读写文件或者网络）耗时10秒，并且加入到了事件任务队列中，执行单这个任务的时候不就把线程卡主吗？

文件I/O和网络调用并不是在Dart层做的，而是由操作系统提供的异步线程，他俩把活儿干完之后把结果刚到队列中，Dart代码只是执行一个简单的读动作。

2. 单线程模型是指的事件队列模型，和绘制界面的线程是一个吗
   我们所说的单线程指的是主Isolate。而GPU绘制指令有单独的线程执行，跟主Isolate无关。事实上Flutter提供了4种task runner，有独立的线程去运行专属的任务：
   1.Platform Task Runner：处理来自平台（Android/iOS）的消息
   2.UI Task Runner：执行渲染逻辑、处理native plugin的消息、timer、microtask、异步I/O操作处理等
   3.GPU Task Runner：执行GPU指令
   4.IO Task Runner：执行I/O任务
   除此之外，操作系统本身也提供了大量异步并发机制，可以利用多线程去执行任务（比如socket），我们在主Isolate中无需关心（如果真想主动创建并发任务也可以）

// 第一段
  Future(() => print('f6'))
    .then((_) => Future(() => print('f7')))
    .then((_) => print('f8'));

执行结果为：f6 f7 f8

 // 第二段
  Future(() => print('f6'))
  .then((_) {
      Future(() => print('f7'));
    })
  .then((_) => print('f8'));

执行结果为：f6 f8 f7
上面这两段代码为什么执行结果不一样呢？

单行箭头函数是Future，和函数体里有Future不是一回事
then函数会返回future，所以用=>的写法时， 新创建的future会被then返回，第二个then的调用者就是新的future对象， 所以第二个then就不跟着原先的future 而是跟着它的新future了。
如果把=>换成大括号，此时第二个then还是跟着原先的future，和新future无关

4. 下一个奇异的是什么时候

   2045年