一. Dart的异步模型
1.1. Dart是单线程的
1.1.1. 程序中的耗时操作
开发中的耗时操作：
在开发中，我们经常会遇到一些耗时的操作需要完成，比如网络请求、文件读取等等；
如果我们的主线程一直在等待这些耗时的操作完成，那么就会进行阻塞，无法响应其它事件。
如何处理耗时的操作呢？
- 针对如何处理耗时的操作，不同的语言有不同的处理方式。
- 处理方式一：
多线程，比如Java、OC、Swift、C++，我们普遍的做法是开启一个新的线程（Thread），在新的线程中完成这些异步的操作，再通过线程间通信的方式，将拿到的数据传递给主线程。 - 处理方式二：
单线程+事件循环，比如JavaScript、Dart都是基于单线程加事件循环来完成耗时操作的处理。不过单线程如何能进行耗时的操作呢？
1.1.2. 单线程的异步操作
其实它们并不冲突：
- 因为我们的一个应用程序大部分时间都是处于空闲的状态的，并不是无限制的在和用户进行交互。
- 比如等待用户点击、网络请求数据的返回、文件读写的IO操作，这些等待的行为并不会阻塞我们的线程；
- 这是因为类似于网络请求、文件读写的IO，我们都可以基于非阻塞调用；
阻塞式调用和非阻塞式调用
如果想搞懂这个点，我们需要知道操作系统中的阻塞式调用和非阻塞式调用的概念。
- 阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态。
- 阻塞式调用： 调用结果返回之前，当前线程会被挂起，调用线程只有在得到调用结果之后才会继续执行。
- 非阻塞式调用： 调用执行之后，当前线程不会停止执行，只需要过一段时间来检查一下有没有结果返回即可。
我们用一个生活中的例子来模拟：
- 你中午饿了，需要点一份外卖，点外卖的动作就是我们的调用，拿到最后点的外卖就是我们要等待的结果。
- 阻塞式调用： 点了外卖，不再做任何事情，就是在傻傻的等待，你的线程停止了任何其他的工作。
- 非阻塞式调用： 点了外卖，继续做其他事情：继续工作、打把游戏，你的线程没有继续执行其他事情，只需要偶尔去看一下有没有人敲门，外卖有没有送到即可。
而我们开发中的很多耗时操作，都可以基于这样的 非阻塞式调用：
- 比如网络请求本身使用了Socket通信，而Socket本身提供了select模型，可以进行非阻塞方式的工作；
- 比如文件读写的IO操作，我们可以使用操作系统提供的基于事件的回调机制；
单线程是如何来处理网络通信、IO操作它们返回的结果呢？答案就是事件循环（Event Loop）。
1.2. Dart事件循环
1.2.1. 什么是事件循环
单线程模型中主要就是在维护着一个事件循环（Event Loop）。
事件循环是什么呢？
- 事实上事件循环并不复杂，它就是将需要处理的一系列事件（包括点击事件、IO事件、网络事件）放在一个事件队列（Event Queue）中。
- 不断的从事件队列（Event Queue）中取出事件，并执行其对应需要执行的代码块，直到事件队列清空位置。
我们来写一个事件循环的伪代码：
// 这里我使用数组模拟队列, 先进先出的原则
List eventQueue = [];
var event;
// 事件循环从启动的一刻，永远在执行
while (true) {
if (eventQueue.length > 0) {
// 取出一个事件
event = eventQueue.removeAt(0);
// 执行该事件
event();
}
}
当我们有一些事件时，比如点击事件、IO事件、网络事件时，它们就会被加入到eventLoop中，当发现事件队列不为空时发现，就会取出事件，并且执行。
1.2.2. 事件循环代码模拟
这里我们来看一段伪代码，理解点击事件和网络请求的事件是如何被执行的：
这是一段Flutter代码，很多东西大家可能不是特别理解，但是耐心阅读你会读懂我们在做什么。
一个按钮RaisedButton，当发生点击时执行onPressed函数。
onPressed函数中，我们发送了一个网络请求，请求成功后会执行then中的回调函数。
RaisedButton(
child: Text('Click me'),
onPressed: () {
final myFuture = http.get('https://example.com');
myFuture.then((response) {
if (response.statusCode == 200) {
print('Success!');
}
});
},
)
这些代码是如何放在事件循环中执行呢？
- 1、当用户发生点击的时候，onPressed回调函数被放入事件循环中执行，执行的过程中发送了一个网络请求。
- 2、网络请求发出去后，该事件循环不会被阻塞，而是发现要执行的onPressed函数已经结束，会将它丢弃掉。
- 3、网络请求成功后，会执行then中传入的回调函数，这也是一个事件，该事件被放入到事件循环中执行，执行完毕后，事件循环将其丢弃。
尽管onPressed和then中的回调有一些差异，但是它们对于事件循环来说，都是告诉它：我有一段代码需要执行，快点帮我完成。
二. Dart的异步操作
Dart中的异步操作主要使用Future以及async、await。
2.1.1. 同步的网络请求
我们先来看一个例子吧：
- 在这个例子中，我使用getNetworkData来模拟了一个网络请求；
- 该网络请求需要3秒钟的时间，之后返回数据；
import "dart:io";
main(List<String> args) {
print("main function start");
print(getNetworkData());
print("main function end");
}
String getNetworkData() {
sleep(Duration(seconds: 3));
return "network data";
}
这段代码会运行怎么的结果呢？
- getNetworkData会阻塞main函数的执行
main function start
// 等待3秒
network data
main function end
显然，上面的代码不是我们想要的执行效果，因为网络请求阻塞了main函数，那么意味着其后所有的代码都无法正常的继续执行。
2.1.2. 异步的网络请求
我们来对我们上面的代码进行改进，代码如下：
和刚才的代码唯一的区别在于我使用了Future对象来将耗时的操作放在了其中传入的函数中；
稍后，我们会讲解它具体的一些API，我们就暂时知道我创建了一个Future实例即可；
import "dart:io";
main(List<String> args) {
print("main function start");
print(getNetworkData());
print("main function end");
}
Future<String> getNetworkData() {
return Future<String>(() {
sleep(Duration(seconds: 3));
return "network data";
});
}
我们来看一下代码的运行结果：
1、这一次的代码顺序执行，没有出现任何的阻塞现象；
2、和之前直接打印结果不同，这次我们打印了一个Future实例；
结论：我们将一个耗时的操作隔离了起来，这个操作不会再影响我们的主线程执行了。
问题：我们如何去拿到最终的结果呢？
main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end
获取Future得到的结果
有了Future之后，如何去获取请求到的结果：通过.then的回调：
main(List<String> args) {
print("main function start");
// 使用变量接收getNetworkData返回的future
var future = getNetworkData();
// 当future实例有返回结果时，会自动回调then中传入的函数
// 该函数会被放入到事件循环中，被执行
future.then((value) {
print(value);
});
print(future);
print("main function end");
}
上面代码的执行结果：
main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end
// 3s后执行下面的代码
network data
执行中出现异常
如果调用过程中出现了异常，拿不到结果，如何获取到异常的信息呢？
import "dart:io";
main(List<String> args) {
print("main function start");
var future = getNetworkData();
future.then((value) {
print(value);
}).catchError((error) {
// 捕获出现异常时的情况
print(error);
});
print(future);
print("main function end");
}
Future<String> getNetworkData() {
return Future<String>(() {
sleep(Duration(seconds: 3));
// 不再返回结果，而是出现异常
// return "network data";
throw Exception("网络请求出现错误");
});
}
上面代码的执行结果：
main function start
Instance of 'Future<String>'
main function end
// 3s后没有拿到结果，但是我们捕获到了异常
Exception: 网络请求出现错误
2.1.3. Future使用补充
补充一：上面案例的小结
我们通过一个案例来学习了一些Future的使用过程：
- 创建一个Future（可能是我们创建的，也可能是调用内部API或者第三方API获取到的一个Future，总之你需要获取到一个Future实例，Future通常会对一些异步的操作进行封装）；
- 通过.then(成功回调函数)的方式来监听Future内部执行完成时获取到的结果；
- 通过.catchError(失败或异常回调函数)的方式来监听Future内部执行失败或者出现异常时的错误信息；
补充二：Future的两种状态
事实上Future在执行的整个过程中，我们通常把它划分成了两种状态：
- 状态一：未完成状态（uncompleted）
执行Future内部的操作时（在上面的案例中就是具体的网络请求过程，我们使用了延迟来模拟），我们称这个过程为未完成状态 - 状态二：完成状态（completed） 当Future内部的操作执行完成，通常会返回一个值，或者抛出一个异常。
这两种情况，我们都称Future为完成状态。
补充三：Future的链式调用
上面代码我们可以进行如下的改进：
- 我们可以在then中继续返回值，会在下一个链式的then调用回调函数中拿到返回的结果
import "dart:io";
main(List<String> args) {
print("main function start");
getNetworkData().then((value1) {
print(value1);
return "content data2";
}).then((value2) {
print(value2);
return "message data3";
}).then((value3) {
print(value3);
});
print("main function end");
}
Future<String> getNetworkData() {
return Future<String>(() {
sleep(Duration(seconds: 3));
// 不再返回结果，而是出现异常
return "network data1";
});
}
打印结果如下：
main function start
main function end
// 3s后拿到结果
network data1
content data2
message data3
补充四：Future其他API
Future.value(value)
- 直接获取一个完成的Future，该Future会直接调用then的回调函数
main(List<String> args) {
print("main function start");
Future.value("哈哈哈").then((value) {
print(value);
});
print("main function end");
}
打印结果如下：
main function start
main function end
哈哈哈
疑惑：为什么立即执行，但是哈哈哈是在最后打印的呢？
- 这是因为Future中的then会作为新的任务会加入到事件队列中（Event Queue），加入之后你肯定需要排队执行了
Future.error(object)
- 直接获取一个完成的Future，但是是一个发生异常的Future，该Future会直接调用catchError的回调函数
main(List<String> args) {
print("main function start");
Future.error(Exception("错误信息")).catchError((error) {
print(error);
});
print("main function end");
}
打印结果如下：
main function start
main function end
Exception: 错误信息
Future.delayed(时间, 回调函数)
- 在延迟一定时间时执行回调函数，执行完回调函数后会执行then的回调；
- 之前的案例，我们也可以使用它来模拟，但是直接学习这个API会让大家更加疑惑；
main(List<String> args) {
print("main function start");
Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
return "3秒后的信息";
}).then((value) {
print(value);
});
print("main function end");
}
2.2. await、async
如果你已经完全搞懂了Future，那么学习await、async应该没有什么难度。
await、async是什么呢？
- 它们是Dart中的关键字（你这不是废话吗？废话也还是要强调的，万一你用它做变量名呢）
- 它们可以让我们用同步的代码格式，去实现异步的调用过程。
- 并且，通常一个async的函数会返回一个Future（别着急，马上就看到代码了）。
我们已经知道，Future可以做到不阻塞我们的线程，让线程继续执行，并且在完成某个操作时改变自己的状态，并且回调then或者errorCatch回调。
如何生成一个Future呢？
- 通过我们前面学习的Future构造函数，或者后面学习的Future其他API都可以。
- 还有一种就是通过async的函数。
2.2.2. 案例代码演练
我们来对之前的Future异步处理代码进行改造，改成await、async的形式。
我们知道，如果直接这样写代码，代码是不能正常执行的：
- 因为Future.delayed返回的是一个Future对象，我们不能把它看成同步的返回数据："network data"去使用
- 也就是我们不能把这个异步的代码当做同步一样去使用！
import "dart:io";
main(List<String> args) {
print("main function start");
print(getNetworkData());
print("main function end");
}
String getNetworkData() {
var result = Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
return "network data";
});
return "请求到的数据：" + result;
}
现在我使用await修改下面这句代码：
- 你会发现，我在Future.delayed函数前加了一个await。
- 一旦有了这个关键字，那么这个操作就会等待Future.delayed的执行完毕，并且等待它的结果。
String getNetworkData() {
var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
return "network data";
});
return "请求到的数据：" + result;
}
修改后执行代码，会看到如下的错误：
- 错误非常明显：await关键字必须存在于async函数中。
- 所以我们需要将getNetworkData函数定义成async函数。
继续修改代码如下：
- 也非常简单，只需要在函数的()后面加上一个async关键字就可以了
String getNetworkData() async {
var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
return "network data";
});
return "请求到的数据：" + result;
}
运行代码，依然报错：
错误非常明显：使用async标记的函数，必须返回一个Future对象。
所以我们需要继续修改代码，将返回值写成一个Future。
继续修改代码如下：
Future<String> getNetworkData() async {
var result = await Future.delayed(Duration(seconds: 3), () {
return "network data";
});
return "请求到的数据：" + result;
}
这段代码应该是我们理想当中执行的代码了
- 我们现在可以像同步代码一样去使用Future异步返回的结果；
- 等待拿到结果之后和其他数据进行拼接，然后一起返回；
- 返回的时候并不需要包装一个Future，直接返回即可，但是返回值会默认被包装在一个Future中；
2.3. 读取json案例
我这里给出了一个在Flutter项目中，读取一个本地的json文件，并且转换成模型对象，返回出去的案例；
这个案例作为大家学习前面Future和await、async的一个参考，我并不打算展开来讲，因为需要用到Flutter的相关知识；
后面我会在后面的案例中再次讲解它在Flutter中我使用的过程中；
读取json案例代码（了解一下即可）
import 'package:flutter/services.dart' show rootBundle;
import 'dart:convert';
import 'dart:async';
main(List<String> args) {
getAnchors().then((anchors) {
print(anchors);
});
}
class Anchor {
String nickname;
String roomName;
String imageUrl;
Anchor({
this.nickname,
this.roomName,
this.imageUrl
});
Anchor.withMap(Map<String, dynamic> parsedMap) {
this.nickname = parsedMap["nickname"];
this.roomName = parsedMap["roomName"];
this.imageUrl = parsedMap["roomSrc"];
}
}
Future<List<Anchor>> getAnchors() async {
// 1.读取json文件
String jsonString = await rootBundle.loadString("assets/yz.json");
// 2.转成List或Map类型
final jsonResult = json.decode(jsonString);
// 3.遍历List，并且转成Anchor对象放到另一个List中
List<Anchor> anchors = new List();
for (Map<String, dynamic> map in jsonResult) {
anchors.add(Anchor.withMap(map));
}
return anchors;
}