Flutter 并发性（面向 Swift 开发者）

内容

异步编程
利用主线程/隔离
利用后台线程/隔离

Dart 和 Swift 都支持并发编程。本指南旨在帮助你了解 Dart 中的并发性工作原理，以及它与 Swift 的对比。了解这些知识后，你就可以创建高性能的 iOS 应用。

在 Apple 生态系统中进行开发时，某些任务可能需要很长时间才能完成。这些任务包括获取或处理大量数据。iOS 开发者通常使用 Grand Central Dispatch (GCD) 来使用共享线程池调度任务。借助 GCD，开发者可以将任务添加到调度队列，而 GCD 决定在哪个线程上执行这些任务。

但是，GCD 会启动线程来处理剩余的工作项。这意味着你最终可能会拥有大量线程，并且系统可能会过度提交。借助 Swift，结构化并发模型减少了线程和上下文切换的数量。现在，每个内核只有一个线程。

Dart 采用单线程执行模型，支持 隔离、事件循环和异步代码。隔离 是 Dart 对轻量级线程的实现。除非你生成 隔离，否则你的 Dart 代码将在由事件循环驱动的 UI 主线程中运行。Flutter 的事件循环等同于 iOS 主循环，换句话说，就是附加到主线程的 Looper。

Dart 的单线程模型并不意味着你必须将所有内容作为导致 UI 冻结的阻塞操作来运行。相反，请使用 Dart 语言提供的异步功能，例如 async/await。

异步编程

异步操作允许其他操作在它完成之前执行。Dart 和 Swift 都使用 async 和 await 关键字支持异步函数。在这两种情况下，async 标记函数执行异步工作，而 await 告诉系统等待函数的结果。这意味着 Dart VM 可以在必要时挂起函数。有关异步编程的更多详细信息，请查看 Dart 中的并发性。

利用主线程/隔离

对于 Apple 操作系统，主线程（也称为主线程）是应用程序开始运行的地方。渲染用户界面始终在主线程上进行。Swift 和 Dart 之间的一个区别是
Swift 可能会为不同的任务使用不同的线程，并且 Swift 不保证使用哪个线程。因此，在 Swift 中分派 UI 更新时，你可能需要确保工作在主线程上进行。

假设你想编写一个异步获取天气并显示结果的函数。

在 GCD 中，要手动将进程分派到主线程，你可以执行类似以下操作。

首先，定义 Weather enum

// 1 second delay is used in mocked API call. 
extension UInt64 {
  static let oneSecond = UInt64(1_000_000_000)
} 

enum Weather: String {
    case rainy, sunny
}

接下来，定义视图模型并将其标记为 ObservableObject，以便它可以返回类型为 Weather? 的值。使用 GCD 创建一个 DispatchQueue，将工作发送到线程池

class ContentViewModel: ObservableObject {
    @Published private(set) var result: Weather?

    private let queue = DispatchQueue(label: "weather_io_queue")
    func load() {
        // Mimic 1 sec delay.
        queue.asyncAfter(deadline: .now() + 1) { [weak self] in
            DispatchQueue.main.async {
                self?.result = .sunny
            }
        }
    }
}

最后，显示结果

struct ContentView: View {
    @StateObject var viewModel = ContentViewModel()
    var body: some View {
        Text(viewModel.result?.rawValue ?? "Loading")
            .onAppear {
                viewModel.load()
        }
    }
}

最近，Swift 引入了actor 来支持共享、可变状态的同步。要确保工作在主线程上执行，请定义一个标记为 @MainActor 的视图模型类，其中包含一个使用 Task 内部调用异步函数的 load() 函数。

@MainActor class ContentViewModel: ObservableObject {
  @Published private(set) var result: Weather?
  
  func load() async {
    try? await Task.sleep(nanoseconds: .oneSecond)
    self.result = .sunny
  }
}

接下来，使用 @StateObject 将视图模型定义为状态对象，其中包含视图模型可以调用的 load() 函数

struct ContentView: View {
  @StateObject var viewModel = ContentViewModel()
  var body: some View {
    Text(viewModel.result?.rawValue ?? "Loading...")
      .task {
        await viewModel.load()
      }
  }
}

在 Dart 中，所有工作默认情况下都在主隔离中运行。要在 Dart 中实现相同的示例，首先创建 Weather enum

enum Weather {
  rainy,
  windy,
  sunny,
}

然后，定义一个简单的视图模型（类似于在 SwiftUI 中创建的视图模型），以获取天气。在 Dart 中，Future 对象表示未来要提供的值。Future 类似于 Swift 的 ObservableObject。在此示例中，视图模型中的一个函数返回一个 Future<Weather> 对象

@immutable
class HomePageViewModel {
  const HomePageViewModel();
  Future<Weather> load() async {
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    return Weather.sunny;
  }
}

此示例中的 load() 函数与 Swift 代码有相似之处。Dart 函数标记为 async，因为它使用了 await 关键字。

此外，标记为 async 的 Dart 函数会自动返回 Future。换句话说，你无需在标记为 async 的函数中手动创建 Future 实例。

对于最后一步，显示天气值。在 Flutter 中，FutureBuilder 和 StreamBuilder
小部件用于在 UI 中显示 Future 的结果。以下示例使用 FutureBuilder

class HomePage extends StatelessWidget {
  const HomePage({super.key});

  final HomePageViewModel viewModel = const HomePageViewModel();

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return CupertinoPageScaffold(
      // Feed a FutureBuilder to your widget tree.
      child: FutureBuilder<Weather>(
        // Specify the Future that you want to track.
        future: viewModel.load(),
        builder: (context, snapshot) {
          // A snapshot is of type `AsyncSnapshot` and contains the
          // state of the Future. By looking if the snapshot contains
          // an error or if the data is null, you can decide what to
          // show to the user.
          if (snapshot.hasData) {
            return Center(
              child: Text(
                snapshot.data.toString(),
              ),
            );
          } else {
            return const Center(
              child: CupertinoActivityIndicator(),
            );
          }
        },
      ),
    );
  }
}

有关完整示例，请查看 GitHub 上的 async_weather 文件。

利用后台线程/隔离

Flutter 应用可以在各种多核硬件上运行，包括运行 macOS 和 iOS 的设备。为了提高这些应用程序的性能，有时必须在不同的内核上并发运行任务。这对于避免因长时间运行操作而阻塞 UI 渲染尤为重要。

在 Swift 中，你可以利用 GCD 在具有不同服务质量类 (qos) 属性的全局队列上运行任务。这表示任务的优先级。

func parse(string: String, completion: @escaping ([String:Any]) -> Void) {
  // Mimic 1 sec delay.
  DispatchQueue(label: "data_processing_queue", qos: .userInitiated)
    .asyncAfter(deadline: .now() + 1) {
      let result: [String:Any] = ["foo": 123]
      completion(result)
    }
  }
}

在 Dart 中，你可以将计算卸载到工作者隔离，通常称为后台工作者。一个常见场景是生成一个简单的工作者隔离，并在工作者退出时通过消息返回结果。从 Dart 2.19 开始，你可以使用 Isolate.run() 生成隔离并运行计算

void main() async {
  // Read some data.
  final jsonData = await Isolate.run(() => jsonDecode(jsonString) as Map<String, dynamic>);`

  // Use that data.
  print('Number of JSON keys: ${jsonData.length}');
}

在 Flutter 中，你还可以使用 compute 函数启动隔离来运行回调函数

final jsonData = await compute(getNumberOfKeys, jsonString);

在这种情况下，回调函数是一个顶级函数，如下所示

Map<String, dynamic> getNumberOfKeys(String jsonString) {
 return jsonDecode(jsonString);
}

你可以在 Swift 开发人员学习 Dart 中找到有关 Dart 的更多信息，并在适用于 SwiftUI 开发人员的 Flutter 或适用于 UIKit 开发人员的 Flutter 中找到有关 Flutter 的更多信息。