Flutter 的異步操作 Future、async、await 的用法

Dart 是單線程語言,開發種進行耗時操作（如：網絡請求、數據庫存儲、文件讀取）時會阻塞程序?？梢杂?Future、async、await 把耗時的事件異步執行操作，但如果是執行大量耗時同步操作的話，應該使用isolate開辟新的線程去執行。

Future

Future<T> 類，是個泛型類，可以指定類型。如果沒有指定，則 Future 會執行動態的推導類型。表示一個 T 類型的異步操作結果。如果異步操作不需要結果，則類型為 Future<void>。

Future.value()

創建一個返回指定value值的Future

import 'dart:async'

void main() {
  futureValueTest();
  print('4-做其他事情');
}

void futureValueTest() async {
  var future = await Future.value(1);
  print(future);
}

運行結果：
flutter: 4-做其他事情
flutter: 1

Future.delay()

創建一個延遲執行的Future，并且返回Future對象。

void main() {
  futterDelayTest();
  print('4-做其他事情');
}

void futterDelayTest() {
  Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
    print("延時3秒執行");
  });
}

運行結果：
flutter: 4-做其他事情
flutter: 延時3秒執行

Future 中實現的延時操作通過Timer來實現的，在實際開發中，如果只是一個單純的延時操作，建議使用Timer

void main() {
  timerTest();
  print('4-做其他事情');
}

void timerTest() {
  Timer timer = new Timer(Duration(seconds: 3), () {
    print("延時3秒執行");
  });
}

運行結果：
flutter: 4-做其他事情
flutter: 延時3秒執行

Future的結果處理

Future 提供了下面三個方法來處理結果

Future<R> then<R>(FutureOr<R> onValue(T value), {Function onError});
Future<T> catchError(Function onError, {bool test(Object error)});
Future<T> whenComplete(FutureOr action());

一個 Future 只會對應一個結果，要么成功，要么失敗。成功了執行成功的操作，失敗了就捕獲錯誤。

Future.then()

用來注冊一個 Future 完成時要調用的回調，并且返回一個Future對象。

void main() {
  Future(() => print('A')).then((value) => print('A結束'));
  Future(() => print('B')).then((value) => print('B結束'));
}

運行結果：
flutter: A
flutter: A結束
flutter: B
flutter: B結束

如果 Future 有多個 then()，它們會按照鏈接的先后順序同步執行，并共用一個 event loop；
then() 比 Future 默認的隊列優先級高，then() 會在 Future 函數體執行完畢后立刻執行。

Future.catchError()

用來注冊一個捕捉 Future 的錯誤的回調，并且返回一個 Future 對象

then() 在 catchError() 前使用

String _data = '0';

void main() {
  getData3();
  print('4-做其他事情');
}

void getData3() async {
  print('1-開始data=$_data');
  
  Future(() {
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
      _data = '網絡數據';
      throw Exception('網絡異常');
    }
    print('1-結束data=$_data');
  }).then((value) {
    print('處理業務');
  }).catchError((e) {
    print('捕獲異常');
  });

  print('2-結束data=$_data');
}

運行結果：
flutter: 1-開始data=0
flutter: 2-結束data=0
flutter: 4-做其他事情
flutter: 捕獲異常

then() 在 catchError() 后使用

String _data = '0';

void main() {
  getData3();
  print('4-做其他事情');
}

void getData4() async {
  print('1-開始data=$_data');
  
  Future(() {
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
      _data = '網絡數據';
      throw Exception('網絡異常');
    }
    print('1-結束data=$_data');
  }).catchError((e) {
    print('捕獲異常');
  }).then((value) {
    print('處理業務');
  });

  print('2-結束data=$_data');
}

運行結果：
flutter: 1-開始data=0
flutter: 2-結束data=0
flutter: 4-做其他事情
flutter: 捕獲異常
flutter: 處理業務

區別就是：then() 在 catchError() 后使時用，會走處理業務的回調

Future.catchError 和 then() 中回調 onError

Future.catchError回調只處理原始 Future 拋出的錯誤，不能處理回調函數拋出的錯誤，此時可以使用then()的回調onError：

void main() {
  getData5();
  print('4-做其他事情');
}

void getData5() async {
  Future(() {
    throw Exception('error1');
  }).catchError((e) {
    print(e);
    throw Exception('error2');
  }).then(print, onError: (error) {
    print(error);
  });
}

運行結果：
flutter: 4-做其他事情
flutter: Exception: error1
flutter: Exception: error2

Future.whenComplete()

不管是錯誤導致還是正常執行完畢， whenComplete() 總會被調用，并且返回一個 Future 對象

void main() {
  Future(() {
    throw '發生錯誤';
  }).then(print).catchError(print).whenComplete(() => print('whenComplete'));

  Future(() {
    return '沒有錯誤';
  }).then(print).catchError(print).whenComplete(() => print('whenComplete'));
}

運行結果：
flutter: 發生錯誤
flutter: whenComplete
flutter: 沒有錯誤
flutter: whenComplete

Future.wait()

開發中會遇到這樣的場景：網絡請求 A 和 B 都完成后，再執行代碼C，此時可以使用Future.wait() 。Future.wait() 會等待多個 Future 完成收集它們的結果。

所有 Future 都有正常結果返回

void main() {
  futureWaitTest();
  print('4-做其他事情');
}

void futureWaitTest() {
  var future1 = new Future(() => '任務1');
  var future2 = new Future(() => '任務2');
  var future3 = new Future(() => '任務3');
  Future.wait([future1, future2, future3]).then(print).catchError(print);
  print('任務添加完畢');
}

運行結果：
flutter: 任務添加完畢
flutter: 4-做其他事情
flutter: [任務1, 任務2, 任務3]

一個或者幾個 Future 發生錯誤，則 Future 的返回結果是第一個發生錯誤的 Future 的值：

void main() {
  futureWaitTest();
  print('4-做其他事情');
}

void futureWaitTest() {
  var future1 = new Future(() => '任務1');
  var future2 = new Future(() => throw throw Exception('任務2異常'));
  var future3 = new Future(() => '任務3');
  Future.wait([future1, future2, future3]).then(print).catchError(print);
  print('任務添加完畢');
}

運行結果：
flutter: 任務添加完畢
flutter: 4-做其他事情
flutter: Exception: 任務2異常

Future.timeout()

開發中會遇到這樣的場景：網絡請求 A 超過 30 秒后拋出超時異常

void main() {
  futureTimeoutTest();
  print('4-做其他事情');
}

void futureTimeoutTest() {
  Future.delayed(Duration(seconds: 50), () {
    return '網絡請求50秒';
  }).timeout(Duration(seconds: 30)).then(print).catchError(print);
}

運行結果：
flutter: 4-做其他事情
flutter: TimeoutException after 0:00:03.000000: Future not completed

async、await

async-await 本質上是對 Future API 的簡化形式，將異步回調代碼寫成同步代碼結構形式

async：表示函數是異步的，定義的函數會返回一個 Future 對象
await：await 只能出現在 async 標記的異步函數內，后面跟著一個 Future，表示等待該異步任務完成后才會繼續往下執行。

async和await只會作用于當前函數，并不會對其他外部函數造成執行上的影響

main() {
  print("main函數開始了");
  firstString();
  secondString();
  thirdString();
  print("main函數結束了");
}

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

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

thirdString() {
  print("我是三個字符串");
}
輸出結果：
main函數開始了
firstString函數開始了
我是二個字符串
我是三個字符串
main函數結束了
我是一個字符串
firstString函數結束了

main() async {
  print("main函數開始了：${DateTime.now()}");
  print(await firstString());
  print(await secondString());
  print(await thirdString());
  print("main函數結束了：${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";
  });
}
輸出結果：
main函數開始了：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函數結束了：2020-10-13 16:24:47.527151

異常下處理

void main() async {
  //注意：需要添加async，因為await必須在async方法內才有效
  try {
    var userInfo = await _loadUserFromSQL();
    var token = await _fetchSessionToken(userInfo);
    var data = await _fetchData(token);
    print('$data');
  } on Exception catch (e) {
    print('this is error: $e');
  } finally {
    print('all is done');
  }
  print('main is executed!');
}

通過對比發現使用 Future.then 相比 async-await 調用鏈路更清晰，基于異步回調的方式調用相比比較清晰。
而在代碼實現以及同步結構分析 async-await 顯得更加簡單且處理異常也更加方面，更加符合同步代碼的邏輯。

事件循環 - event loop

Flutter 中有兩種隊列

微任務隊列（microtask queue）：主要是由 Dart 內部產生，表示一個短時間內就會完成的異步任務。(Future 的 then() 中的事件)【優先級最高】
事件隊列（event queue)：包含所有的外部事件：I/O、mouse events、drawing events、timers、isolate之間的信息傳遞。(Future 的函數體)

微任務隊列會優先執行，只要隊列中有任務，就會一直占著事件循環。因此，如果有太多的微任務隊列存在，可能會對事件隊列中的觸摸、繪制等外部事件造成一定的阻塞
Dart 會將 Future 異步任務的函數執行體放入 event queue，然后立即返回，后續 then() 的代碼繼續同步執行；當同步執行的代碼執行完畢后，event queue 會按照加入event queue的順序（即聲明順序），依次取出事件。

void main() {
  futureQueueTest();
}

void futureQueueTest() {
  Future future1 = Future(() => null);
  future1.then((value) {
    print('6');
    scheduleMicrotask(() => print(7));
  }).then((value) => print('8'));
  Future future2 = Future(() => print('1'));
  Future(() => print('2'));
  scheduleMicrotask(() => print('3'));
  future2.then((value) => print('4'));

  print('5');
}

運行結果

flutter: 5
flutter: 3
flutter: 6
flutter: 8
flutter: 7
flutter: 1
flutter: 4
flutter: 2

聲明 Future 時，先將它們的異步函數執行體放入 event queue ，然后立即返回，后續代碼繼續同步執行。所以先打印5；
event loop循環先選擇隊列優先級高的微任務3執行，打印3；
event queue 按照加入 event queue的順序（即聲明順序），依次取出事件，最后同步執行future1、future2的函數體及后續的操作。所以再打印6, 并將新聲明的微任務7加入 event loop循環；
future1的函數體結束后，優先執行 future1 的后續操作then()。所以再打印8;
此時 future1 函數體及后續的操作全部執行完畢，再次 event loop循環選擇隊列優先級高的微任務7 執行，打印 7 ；
再次 event loop循環，執行 future2 的函數體及后續的操作，打印1和4；
再次 event loop循環，執行future的函數體及后續的操作，打印2；

參考資料：
https://juejin.cn/post/6976136324499636261#heading-15
http://www.lxweimin.com/p/07047a534a01
https://juejin.cn/post/6939510009654935588

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Flutter 的異步操作 Future、async、await 的用法

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Future

Future.value()

Future.delay()

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Future.wait()

Future.timeout()

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