2. Flutter 中代码是如何执行和运行的

Dart 单线程

单线程在流畅性方面有一定安全保障，这点在 JavaScript 中存在类似的机制原理，其核心是分为主线程、微任务和宏任务。主线程执行主业务逻辑，网络 I/O 、本地文件 I/O 、异步事件等相关任务事件，应用事件驱动方式来执行。在 Dart 中同样是单线程执行，其次也包含了两个事件队列，一个是微任务事件队列，一个是事件队列。

• 微任务队列

微任务队列包含有 Dart 内部的微任务，主要是通过 scheduleMicrotask 来调度。

• 事件队列

事件队列包含外部事件，例如 I/O 、 Timer ，绘制事件等等。

事件循环

既然 Dart 包含了微任务和事件任务，那么这两个任务之间是如何进行循环执行的呢？我们可以先看下 Dart 执行的逻辑过程（如图）：

1. 首先是执行 main 函数，并生产两个相应的微任务和事件任务队列；
2. 判断是否存在微任务，有则执行，执行完成后再继续判断是否还存在微任务，无则判断是否存在事件任务；
3. 如果没有可执行的微任务，则判断是否存在事件任务，有则执行，无则继续返回判断是否还存在微任务；
4. 在微任务和事件任务执行过程中，同样会产生微任务和事件任务，因此需要再次判断是否需要插入微任务队列和事件任务队列。

为了验证上面的运行原理，我实现了下面的示例代码，首先 import async 库，然后在 main 函数中首先打印 flow start ，接下来执行一个微任务事件，再执行一个事件任务，最后再打印 flow end 。

import 'dart:async';

void main() {
  print('flow start'); // 执行打印开始
  
  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    print('event'); // 执行事件任务，打印标记
  });
  
  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
  scheduleMicrotask(() {
    print('microtask'); // 执行微任务，打印标记
  });

  print('flow end'); // 打印结束标记
}

使用 Dart 运行如上命令。

dart flow.dart

代码的实际运行过程如下：

• 首先主线程逻辑，执行打印 start ；
• 执行 Timer，为事件任务，将其增加到事件任务队列中；
• 执行 scheduleMicrotask，为微任务队列，将其增加到微任务队列中；
• 执行打印 flow end；
• 判断是否存在微任务队列，存在则执行微任务队列，打印 mcrotask；
• 判断是否还存在微任务队列，无则判断是否存在事件任务队列，存在执行事件任务队列，打印 event。

flow start
flow end
microtask
event

为了更清晰描述，可以我们使用图动画来演示。

介绍完 Dart 的运行原理，你可能会产生以下疑问。

疑问1，为什么事件任务都执行完成了，还需要继续再循环判断是否有微任务？

核心解释是：微任务在执行过程中，也会产生新的事件任务，事件任务在执行过程中也会产生新的微任务。产生的新微任务，按照执行流程，需要根据队列方式插入到任务队列最后。

我们通过代码来看下该过程。下面一段代码， import async 库，第一步打印 start ， 然后执行一个事件任务，在事件任务中打印 event 。接下来增加了一个微任务事件，在微任务事件中打印 microtask in event 。第二步执行微任务事件，在微任务事件中打印 microtask ，并且在其中增加事件任务队列，事件任务队列中打印 event in microtask ，最后再打印 flow end。

import 'dart:async';

void main() {
  print('flow start'); // 执行打印开始

  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    print('event'); // 执行事件任务，打印事件任务标记

    // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
    scheduleMicrotask(() {
      print('microtask in event'); // 执行微任务，打印微任务标记
    });
  });

  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
  scheduleMicrotask(() {
    print('microtask'); // 执行微任务，打印微任务执行标记

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('event in microtask'); // 执行事件任务，打印事件任务标记
    });
  });

  print('flow end'); // 打印结束标记
}

使用 Dart 运行如上命令。

dart event_with_microtask.dart

代码的实际运行过程如下：

• 首先还是依次执行打印 flow start ；
• 执行 Timer 为事件任务，添加事件任务队列中；
• 执行 scheduleMicrotask 为微任务，添加到微任务队列中；
• 打印 end ；
• 执行微任务队列，打印 microtask ，其中包括了事件任务，将事件任务插入到事件任务中；
• 执行事件任务队列，打印 event ，其中包括了微任务，将微任务插入到微任务队列中；
• 微任务队列存在微任务，执行微任务队列，打印 microtask in event；
• 微任务队列为空，存在事件任务队列，执行事件任务队列，打印 event in microtask；

根据如上的运行过程，我们可以得出以下的一个运行结果，这点可以通过运行 Dart 命令得到实际的验证。

flow start
flow end
microtask
event
microtask in event
event in microtask

为了更形象来描述，我使用 3 动画来演示。

一句话概括上面的实践运行结果：每次运行完一个事件后，都会判断微任务和事件任务，在两者都存在时，优先执行完微任务，只有微任务队列没有其他的任务了才会执行事件任务。

疑问2，Dart 运行过程中是否会被事件运行卡住？

答案是会，比如在运行某个微任务，该微任务非常的耗时，会导致其他微任务和事件任务卡住，从而影响到一些实际运行，这里我们可以看如下例子：

import 'dart:async';

void main() {
  print('flow start'); // 执行打印开始

  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
      // 大循环，为了卡住事件任务执行时间，检查是否会卡住其他任务执行
      if (i == 1000000) {
        // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
        scheduleMicrotask(() {
          print('microtask in event'); // 执行微任务，打印微任务标记
        });
      }
    }

    print('event'); // 执行完事件任务，打印执行完事件任务标记
  });

  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
  scheduleMicrotask(() {
    print('microtask'); // 执行微任务，打印微任务标记

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('event in microtask'); // 执行事件任务，打印事件任务标记
    });
  });

  print('flow end'); // 打印结束标记
}

上面这段代码和之前的唯一不同点是在执行第一个事件任务的时候，使用了一个大的 for 循环，从运行结果会看到 event in microtask 和 microtask in event 打印的时间会被 event 的执行所 block 住。从结果分析来看 Dart 中事件运行是会被卡住的，因此在日常编程的时候要特别注意，避免因为某个事件任务密集计算，导致较差的用户操作体验。

Isolate 多线程

上面我们介绍了 Dart 是单线程的，这里说的 Dart 的单线程，其实和操作系统的线程概念是存在一定区别的， Dart 的单线程叫作 isolate 线程，每个 isolate 线程之间是不共享内存的，通过消息机制通信。

我们看个例子，例子是利用 Dart 的 isolate 实现多线程的方式。

import 'dart:async';
import 'dart:isolate';

Isolate isolate;
String name = 'dart';

void main() {
  // 执行新线程创建函数
  isolateServer();
}

/// 多线程函数
void isolateServer() async {
  // 创建新的线程，并且执行回调 changName
  final receive = ReceivePort();
  isolate = await Isolate.spawn(changName, receive.sendPort);

  // 监听线程返回信息
  receive.listen((data) {
    print("Myname is $data"); // 打印线程返回的数据
    print("Myname is $name"); // 打印全局 name 的数据
  });
}

/// 线程回调处理函数
void changName(SendPort port) {
  name = 'dart isloate'; // 修改当前全局 name 属性
  port.send(name); // 将当前name发送给监听方
  print("Myname is $name in isloate"); // 打印当前线程中的 name
}

使用 Dart 运行如上命令。

dart isolate.dart

以上代码的执行运行流程如下：

• import 对应的库；
• 声明两个变量，一个是 isolate 对象，一个是字符串类型的 name；
• 执行 main 函数，main 函数中执行 isolateServer 异步函数；
• isolateServer 中创建了一个 isolate 线程，创建线程时候，可以传递接受回调的函数 changName；
• 在 changName 中修改当前的全局变量 name ，并且发送消息给到接收的端口，并且打印该线程中的 name 属性；
• isolateServer 接收消息，接收消息后打印返回的数据和当前 name 变量。

根据如上执行过程，可以得出如下的运行结果。

Myname is dart isolate in isolate
Myname is dart isolate
Myname is dart

从运行结果中，可以看到新的线程修改了全局的 name，并且通过消息发送返回到主线程中。而主线程的 name 属性并没有因为创建的新线程中的 name 属性的修改而发生改变，这也印证了内存隔离这点。

综合示例

了解完以上知识点后，我再从一个实际的例子进行综合的分析，让你进一步巩固对 Dart 运行原理的掌握。

假设一个项目，需要 2 个团队去完成，团队中包含多项任务。可以分为 2 个高优先级任务（高优先级的其中，会产生 2 个任务，一个是紧急一个是不紧急），和 2 个非高优先级任务（非高优先级的其中，会产生有 2 个任务，一个是紧急一个是不紧急）。其中还有一个是必须依赖其他团队去做的，因为本团队没有那方面的资源，第三方也会产生一个高优先级任务和一个低优先级任务。

根据以上假设，我们可以用表 1 任务划分来表示：

表1 项目任务划分详情

然后我们按照 Dart 语言执行方式去安排这个项目的开发工作，我们看看安排的工作到底会是怎么样执行流程，代码实现方式如下。

import 'dart:async';

import 'dart:isolate';

Isolate isolate;

void main() {
  print('project start'); // 打印项目启动标记
  ctask(); // 分配并执行 C 任务
  // 大循环，等待
  //for(int i=0; i<1000000000; i++){
  //}
  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列

  scheduleMicrotask(() {
    // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
    scheduleMicrotask(() {
      print('h1-1 task complete'); // 执行微任务，并打印微任务优先级h1-1
    });

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('l1-1 task complete'); // 执行事件任务，并打印事件任务优先级l1-1
    });
    print('H1 task complete'); // 打印H1微任务执行标记
  });

  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列

  scheduleMicrotask(() {
    // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
    scheduleMicrotask(() {
      print('h2-1 task complete'); // 执行微任务，并打印微任务优先级h2-1
    });

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('l2-1 task complete'); // 执行事件任务，并打印事件任务优先级l2-1
    });
    print('H2 task complete'); // 打印H2微任务执行标记
  });

  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
    scheduleMicrotask(() {
      print('h3-1 task complete'); // 执行微任务，并打印微任务优先级h3-1
    });

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('l3-1 task complete'); // 执行事件任务，并打印事件任务优先级l3-1
    });
    print('L3 task complete'); // 打印L3事件任务执行标记
  });

  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
    scheduleMicrotask(() {
      print('h4-1 task complete'); // 执行微任务，并打印微任务优先级h4-1
    });

    // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
    Timer.run(() {
      print('l4-1 task complete'); // 执行事件任务，并打印事件任务优先级l4-1
    });
    print('L4 task complete'); // 打印L4事件任务执行标记
  });
}

/// C 任务具体代码，创建新的线程，并监听线程返回数据
void ctask() async {
  final receive = ReceivePort();
  isolate = await Isolate.spawn(doCtask, receive.sendPort);
  receive.listen((data) {
    print(data);
  });
}

/// 创建的新线程，具体执行的任务代码
void doCtask(SendPort port) {
  // 执行判断为微任务，添加到微任务队列
  scheduleMicrotask(() {
    print('ch5-1 task complete'); // 执行微任务，并打印微任务优先级ch5-1
  });
  // 执行判断为事件任务，添加到事件任务队列
  Timer.run(() {
    print('cl5-1 task complete'); // 打印cl5-1事件任务执行标记
  });
  port.send('C1 task complete'); // 打印 C 任务执行标记
}

使用 Dart 运行如上命令。

复制代码

dart isolate.dart

我们先来看下，上面代码的运行结果。

project start
H1 task complete
H2 task complete
h1-1 task complete
h2-1 task complete
L3 task complete
h3-1 task complete
L4 task complete
h4-1 task complete
l1-1 task complete
l2-1 task complete
l3-1 task complete
l4-1 task complete
ch5-1 task complete
cl5-1 task complete
C1 task complete

H 和 L 的运行原理，希望你用上面我所讲到的知识点，去一步步分析，画两个队列，然后逐步去分析。
上面的运行结果中，非 C 任务的运行原理留给你自己去分析，这里我着重介绍下为什么 C 的任务一直在最后才完成。

由于 C 任务是由其他线程执行，因此这里存在一定的时间去创建线程。创建线程完成后，才会进行回调，回调后才会将相应的回调事件插入到事件任务队列中。因此 C1 task complete 会在最后的一个事件任务中执行。而 ch5-1 task complete 和 cl5-1 task complete 由于需要等线程创建完成才能执行，因此执行也在后面。为了验证上面的结论，我们在 ctask() 后面增加一段耗 CPU 计算的代码，让新的线程执行快于当前的主线程。

print('project start');
ctask();
for(int i=0; i<1000000000; i++){
}

在运行代码后，你将看到这样的结果：

project start
ch5-1 task complete
cl5-1 task complete
H1 task complete
H2 task complete
h1-1 task complete
h2-1 task complete
C1 task complete
L3 task complete
h3-1 task complete
L4 task complete
h4-1 task complete
l1-1 task complete
l2-1 task complete
l3-1 task complete
l4-1 task complete

首先就输出了 C 线程中的微任务和事件任务，C 任务完成后，向主线程的事件任务中插入事件任务。由于主线程还没有运行结束，接下来运行后会产生微任务和事件任务，由于 C 回调的事件任务最先插入，因此在事件任务中最先执行，但是会慢于微任务事件的执行。

总结

首先介绍了 Dart 中单线程两个概念微任务事件队列和事件任务队列，并通过实践代码运行来介绍 Dart 事件循环方式。其次介绍了在 Dart 中应用 isolate 实现多线程的方式。最后使用一个实际的例子，来练习掌握 Dart 运行原理。在综合例子里还涉及了多线程中微任务和事件任务的调度方式。