一文詳解Dart如何實現多工並行

2023-03-27 06:01:15

Isolate(隔離區域)

Dart 是一種支援多工並行的程式語言，它提供了多種機制來實現並行和並行。下面是 Dart 實現多工並行的幾種方式：

Dart 中的 Isolate 是一種輕量級的並行機制，類似於執行緒。每個隔離區域都是獨立的記憶體空間，每個隔離區域都有自己的記憶體空間和執行執行緒，因此不同的隔離區域之間可以獨立地執行程式碼，每個隔離區都在自己的核心上執行，不會阻塞其他 Isolate。從而實現並行。但是有一點需要注意它們之間不能直接共用資料，必須通過訊息傳遞來實現。

下面是一個簡單的範例程式碼，展示瞭如何使用Isolate在Dart中實現並行執行：

import 'dart:isolate';
void main() async {
  // 建立兩個隔離區域
  final isolate1 = await Isolate.spawn(runIsolate, 1);
  final isolate2 = await Isolate.spawn(runIsolate, 2);
  // 等待隔離區域執行完畢
  await Future.wait([isolate1.exitCode, isolate2.exitCode]);
}
void runIsolate(int id) {
  // 隔離區域中執行的程式碼
  print('Isolate $id is running');
}

在上面的範例中，我們首先使用Isolate.spawn函數建立兩個隔離區域，每個隔離區域都會執行runIsolate函數，並傳入不同的引數（1和2）。runIsolate函數是隔離區域中實際執行的程式碼，它只是簡單地列印一條資訊。

在建立完隔離區域之後，我們使用Future.wait函數等待隔離區域執行完畢。這裡的exitCode屬性返回隔離區域的退出程式碼，如果程式碼成功執行，它將返回0。

當我們執行上面的程式碼時，我們會看到如下輸出：

Isolate 1 is running
Isolate 2 is running

可以看到，兩個隔離區域幾乎同時啟動並執行，實現了並行執行的效果。這只是Isolate的簡單範例，您可以使用它來執行更復雜的並行任務，例如使用多個Isolate同時下載多個檔案，或在不同的隔離區域中執行計算密集型任務，以提高效能等。

async/await

在Dart中，async/await使用的是Future物件來實現非同步操作。當我們在一個函數或方法前面加上async關鍵字時，這個函數就變成了一個非同步函數。在非同步函數中使用await關鍵字可以等待其他非同步操作的結果，而不會阻塞當前函數的執行。

下面是一個使用async/await實現非同步並行的Demo程式碼，它會同時下載兩個URL的內容，並在兩個下載操作都完成後將結果列印出來：

import 'dart:async';
import 'dart:convert';
import 'dart:io';
Future<void> main() async {
  final url1 = 'https://www.example.com';
  final url2 = 'https://www.example.net';
  final result1 = downloadUrl(url1);
  final result2 = downloadUrl(url2);
  final results = await Future.wait([result1, result2]);
  for (final result in results) {
    print(result);
  }
}
Future<String> downloadUrl(String url) async {
  final httpClient = HttpClient();
  final request = await httpClient.getUrl(Uri.parse(url));
  final response = await request.close();
  final contents = await response.transform(utf8.decoder).join();
  httpClient.close();
  return contents;
}

在上面的程式碼中，downloadUrl方法是一個非同步函數，它使用HttpClient類下載給定URL的內容。在main函數中，我們使用Future.wait方法來等待兩個下載操作都完成，然後列印結果。由於result1和result2是同時進行的，因此整個過程是並行的。

Stream

Dart 中的 Stream 是一種基於事件的非同步程式設計模型，它可以處理連續的非同步事件流。使用 Stream 可以將一個長時間執行的任務分解成多個小任務，並且可以在每個小任務完成後將結果推播到事件流中，這樣其他任務就可以非同步地獲取結果。

下面是一個使用Stream實現非同步並行的Demo程式碼，它會從兩個URL下載資料並將結果列印出來：

import 'dart:async';
import 'dart:convert';
import 'dart:io';
Future<void> main() async {
  final url1 = 'https://www.example.com';
  final url2 = 'https://www.example.net';
  final stream1 = downloadUrl(url1);
  final stream2 = downloadUrl(url2);
  await for (final result in StreamGroup.merge([stream1, stream2])) {
    print(result);
  }
}
Stream<String> downloadUrl(String url) async* {
  final httpClient = HttpClient();
  final request = await httpClient.getUrl(Uri.parse(url));
  final response = await request.close();
  await for (final chunk in response.transform(utf8.decoder)) {
    yield chunk;
  }
  httpClient.close();
}

在上面的程式碼中，downloadUrl方法返回一個Stream物件，用於非同步下載給定URL的內容。在main函數中，我們使用StreamGroup.merge方法將兩個下載流合併為一個，並使用await for迴圈逐個處理下載結果。

需要注意的是，在downloadUrl方法中，我們使用yield關鍵字來逐個將下載的資料塊傳送到Stream中，這樣就可以在下載過程中不斷地將資料傳送出去，而不用等到所有資料都下載完成後再一次性傳送。這也是Stream在處理大量非同步事件時的優勢之一。

Compute Function

Dart 中的 Compute Function 是一種可以在獨立的 Isolate 中執行的函數，它可以接收輸入引數並返回結果。使用 Compute Function 可以將一個計算密集型的任務分解成多個小任務，在每個小任務中使用 Compute Function 來並行地計算結果，最終將結果合併起來。

下面是一個使用Compute Function實現非同步並行的Demo程式碼，它會計算兩個斐波那契數列，並將結果列印出來：

import 'dart:async';
import 'package:flutter/foundation.dart';
Future<void> main() async {
  final result1 = compute(fibonacci, 40);
  final result2 = compute(fibonacci, 41);
  final results = await Future.wait([result1, result2]);
  for (final result in results) {
    print(result);
  }
}
int fibonacci(int n) {
  if (n == 0) return 0;
  if (n == 1) return 1;
  return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

在上面的程式碼中，我們使用compute函數將斐波那契數列的計算任務交給後臺隔離執行緒執行，然後使用Future.wait方法等待兩個任務都完成後列印結果。

需要注意的是，在使用compute函數時，傳遞給它的函數必須是頂層函數或靜態函數，因為後臺隔離執行緒無法存取非靜態變數或範例變數。

總的來說，Dart 提供了多種機制來實現多工並行，包括 Isolate、async/await、Stream 和 Compute Function。這些機制可以根據具體的任務需求選擇使用，從而實現高效的並行和並行。

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Isolate(隔離區域)

async/await

Stream

Compute Function

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