前言
我们编程是用多线程一般实现两种场景,一种是异步执行,一种是并行执行。
我们都知道 Dart 是单线程异步编程模型 这一点 和js 很像,它天生解决了异步执行的问题,详情查看Flutter中的异步编程Future。
但是并行执行怎么处理呢?
在 Dart 中,它的线程概念被称为 Isolate
。
它与我们之前理解的 Thread 概念有所不同,各个 isolate 之间是无法共享内存空间,isolate 之间有自己的 event loop。我们只能通过 Port 传递消息,然后在另一个 isolate 中处理然后将结果传递回来,这样我们的 UI 线程就有更多余力处理 pipeline,而不会被卡住。
将非常耗时的任务添加到事件队列后,会拖慢整个事件循环的处理,甚至是阻塞。可见基于事件循环的异步模型仍然是有很大缺点的,这时候我们就需要Isolate
,这个单词的中文意思是隔离。
简单说,可以把它理解为Dart中的线程。但它又不同于线程,更恰当的说应该是微线程。它与线程最大的区别就是不能共享内存,因此也不存在锁竞争问题,两个Isolate
完全是两条独立的执行线,且每个Isolate
都有自己的事件循环,它们之间只能通过发送消息通信,所以它的资源开销低于线程。
下文中所说的Dart中的线程都是指的微线程。
所以说Isolate,一句话总结它的作用就是
Isolate可以实现异步并行多个任务
Future实现异步串行多个任务
使用场景
在 Dart 中 async 和 Future 无法解决所有耗时的工作。Dart 虽然支持 异步执行,但其实如果是通过 async 的话,只是把工作丟到同一个 event loop 中, 让他暂时不会卡住目前的工作 , 等到真的轮到它执行的时候 ,如果它真的很耗时,那 main isolate 还是会 freeze(冻结) 住的 (为什么会冻结? 主线程负责 UI的渲染 工作 但是 如果 密集型计算 很耗时 假如 这个计算 占用 1s的时间 你的UI就会卡住1s) 。Dart 主要的 task 都是在 main isolate 中完成的,isolate 像是个 single thread 的 process。如果真的想要让某些工作能夠同时执行,不要卡住 main isolate 的话,就得要自己产生新的 isolate 來执行。
Isolate
虽好,但也有合适的使用场景,不建议滥用Isolate
,应尽可能多的使用Dart中的事件循环机制去处理异步任务,这样才能更好的发挥Dart语言的优势。
在Dart中我们使用多线程计算的时候,整个计算的时间会比单线程还要多,额外的耗时是什么呢?
- 创建 Isolate
- 线程间传递数据
Isolate 实际上是比较重的,每当我们创建出来一个新的 Isolate 至少需要 2mb 左右的空间甚至更多,取决于我们具体 isolate 的用途。
那么应该在什么时候使用Future,什么时候使用Isolate呢?
一个最简单的判断方法是根据某些任务的平均时间来选择:
- 方法执行在几毫秒或十几毫秒左右的,应使用
Future
- 如果一个任务需要几百毫秒或之上的,则建议创建单独的
Isolate
一些常见的可以参考的场景
- JSON 解码
- 加密
- 图像处理:比如剪裁
- 网络请求:加载资源、图片
创建Isolate
Isolate
由一对Port分别由用于接收消息的ReceivePort
对象,和用于发送消息的SendPort
对象构成。其中SendPort
对象不用单独创建,它已经包含在ReceivePort
对象之中。需要注意,一对Port对象只能单向发消息,这就如同一根自来水管,ReceivePort
和SendPort
分别位于水管的两头,水流只能从SendPort
这头流向ReceivePort
这头。因此,两个Isolate
之间的消息通信肯定是需要两根这样的水管的,这就需要两对Port对象。
Dart中创建
我们可以通过 Isolate.spawn
创建一个 isolate。
1 | static Future<Isolate> spawn<T>(void entryPoint(T message),T message); |
当我们调用 Isolate.spawn
的时候,它将会返回一个对 isolate 的引用的 Future。我们可以通过这个 isolate 来控制创建出的 Isolate,例如 pause、resume、kill 等等。
- entryPoint:这里传入我们想要在其他 isolate 中执行的方法,入参是一个任意类型的 message。entryPoint 只能是
顶层方法或静态方法
,且返回值为 void
。 - message:创建 Isolate 第一个调用方法的入参,可以是任意值。
但是在此之前我们必须要创建两个 isolate 之间沟通的桥梁。
1 | import 'dart:isolate'; |
运行结果
main isolate start
main isolate end
new isolate start
main isolate message: [0, SendPort]
new isolate end
main isolate message: [1, doWork 任务完成]
doWork message: [1, 这条信息是 main isolate 发送的]
运行后都会创建两个进程,一个是主Isolate
的微进程,一个是新Isolate
的微进程,两个微进程都双向绑定了消息通信的通道,即使新的Isolate
中的任务完成了,它的微进程也不会立刻退出,因此,当使用完自己创建的Isolate
后,最好调用newIsolate.kill(priority: Isolate.immediate);
将Isolate
立即杀死。
定义协议
我们的 entryPoint
只允许有一个入参,如果我们想要执行的方法需要传入其他参数怎么办呢。
其实很简单,我们定义一个协议就行了。
比如像下面这样我们定义一个 SpawnMessageProtocol
作为 message。
1 | class SpawnMessageProtocol{ |
我们的耗时方法就可以写为
1 | static void doWork(SpawnMessageProtocol port1){ |
Flutter中创建
在Dart中创建一个Isolate
显得有些繁琐,可惜的是Dart官方并未提供更高级封装。
但是,如果想在Flutter中创建Isolate
,则有更简便的API,这是由Flutter
官方进一步封装ReceivePort
而提供的更简洁API。
使用compute
函数来创建新的Isolate
并执行耗时任务
1 | import 'package:flutter/foundation.dart'; |
compute
函数有两个必须的参数,第一个是待执行的函数,这个函数必须是一个顶级函数或静态方法,不能是类的实例方法,第二个参数为动态的消息类型,可以是被运行函数的参数。
需要注意,使用compute
应导入'package:flutter/foundation.dart'
包。
线程管理器
1 | import 'dart:isolate'; |
调用无参任务
不带参数任务
1 | static void getbannerthread(SendPort port) async { |
port.send(c); 是回调计算结果
调用任务
1 | ThreadManagement.runtask(API.getbannerthread, (value){ |
调用有参任务
带参数任务
1 | static getVideolisttask(SendPort port) async { |
执行带参数的任务
1 | ThreadManagement.runtask(API.getVideolisttask, (value){ |
线程池
使用LoadBalancer
如何减少 isolate 创建所带来的消耗呢。自然一个想法就是能否创建一个线程池,初始化到那里。当我们需要使用的时候再拿来用就好了。
实际上 dart team 已经为我们写好一个非常实用的 package,其中就包括 LoadBalancer
。
我们现在 pubspec.yaml
中添加 isolate 的依赖。
1 | isolate: ^2.0.2 |
然后我们可以通过 LoadBalancer
创建出指定个数的 isolate。
由于 dart 天生支持顶层函数,我们可以在 dart 文件中直接创建这个 LoadBalancer
。
1 | Future<LoadBalancer> loadBalancer = LoadBalancer.create(2, IsolateRunner.spawn); |
这段代码将会创建出一个 isolate 线程池,并自动实现了负载均衡。
下面我们再来看看应该如何使用 LoadBalancer
中的 isolate。
1 | int useLoadBalancer() async { |
我们关注的只有 Future<R> run<R, P>(FutureOr<R> function(P argument), argument,
方法。我们还是需要传入一个 function
在某个 isolate 中运行,并传入其参数 argument
。run 方法将会返回我们执行方法的返回值。
整体和 compute 使用感觉上差不多,但是当我们多次使用额外的 isolate 的时候,不再需要重复创建了。
并且 LoadBalancer
还支持 runMultiple,可以让一个方法在多线程中执行。
LoadBalancer
经过测试,它会在第一次使用其 isolate 的时候初始化线程池。
当应用打开后,即使我们在顶层函数中调用了 LoadBalancer.create
,但是还是只会有一个 Isolate。
当我们调用 run
方法时,才真正创建出了实际的 isolate。