面向 Swift 开发者的 Flutter 并发指南

Dart 和 Swift 都支持并发编程。本指南旨在帮助您理解 Dart 的并发工作原理及其与 Swift 的区别。通过理解这些概念，您可以创建高性能的 iOS 应用。

在苹果生态系统中进行开发时，某些任务可能需要很长时间才能完成。这些任务包括获取或处理大量数据。iOS 开发者通常使用 Grand Central Dispatch (GCD) 通过共享线程池来调度任务。使用 GCD，开发者可以将任务添加到调度队列（dispatch queues）中，由 GCD 决定在哪个线程上执行它们。

然而，GCD 会启动多个线程来处理剩余的工作项。这意味着您最终可能会产生大量的线程，从而导致系统超载。而在 Swift 中，结构化并发模型减少了线程数量和上下文切换。现在，每个核心只有一个线程。

Dart 采用单线程执行模型，并支持 Isolates（隔离区）、事件循环和异步代码。Isolate 是 Dart 对轻量级线程的实现。除非您显式生成一个 Isolate，否则您的 Dart 代码将运行在由事件循环驱动的主 UI 线程中。Flutter 的事件循环等同于 iOS 的主循环——换句话说，就是附加在主线程上的 Looper。

Dart 的单线程模型并不意味着您必须将所有操作都设为阻塞式，从而导致 UI 卡顿。相反，请使用 Dart 语言提供的异步功能，例如 async/await。

异步操作允许在它完成之前执行其他操作。Dart 和 Swift 都支持使用 async 和 await 关键字的异步函数。在这两种语言中，async 标记函数执行异步工作，而 await 则告诉系统等待函数的返回结果。这意味着 Dart 虚拟机（VM）在必要时可以挂起该函数。有关异步编程的更多详细信息，请查阅 Dart 中的并发。

对于苹果操作系统，主线程（也称为 UI 线程）是应用程序开始运行的地方。用户界面的渲染始终在主线程上进行。Swift 和 Dart 之间的一个区别是，Swift 可能会针对不同的任务使用不同的线程，且 Swift 不保证具体使用哪个线程。因此，在 Swift 中分发 UI 更新时，您可能需要确保工作是在主线程上执行的。

假设您要编写一个函数来异步获取天气并显示结果。

在 GCD 中，若要手动将进程调度到主线程，您可能会执行以下操作：

首先，定义 Weather enum（枚举）。

enum Weather: String {
    case rainy, sunny
}

接下来，定义视图模型并将其标记为 @Observable，用于发布类型为 Weather? 的 result。使用 GCD 创建一个后台 DispatchQueue 将工作发送到线程池，然后调度回主线程以更新 result。

@Observable class ContentViewModel {
    private(set) var result: Weather?
​
    private let queue = DispatchQueue(label: "weather_io_queue")
    func load() {
        // Mimic 1 second network delay.
        queue.asyncAfter(deadline: .now() + 1) { [weak self] in
            DispatchQueue.main.async {
                self?.result = .sunny
            }
        }
    }
}

最后，显示结果。

struct ContentView: View {
    @State var viewModel = ContentViewModel()
    var body: some View {
        Text(viewModel.result?.rawValue ?? "Loading...")
            .onAppear {
                viewModel.load()
        }
    }
}

最近，Swift 引入了 actors 来支持共享可变状态的同步。为了确保在主线程上执行工作，请定义一个标记为 @MainActor 的视图模型类，并在其中包含一个使用 Task 内部调用异步函数的 load() 函数。

@MainActor @Observable class ContentViewModel {
  private(set) var result: Weather?
​
  func load() async {
    // Mimic 1 second network delay.
    try? await Task.sleep(nanoseconds: 1_000_000_000)
    self.result = .sunny
  }
}

接下来，使用 @State 将视图模型定义为状态，并包含一个可由视图模型调用的 load() 函数。

struct ContentView: View {
  @State var viewModel = ContentViewModel()
  var body: some View {
    Text(viewModel.result?.rawValue ?? "Loading...")
      .task {
        await viewModel.load()
      }
  }
}

在 Dart 中，所有工作默认在主 Isolate 上运行。要使用 Dart 实现相同的示例，首先，创建 Weather enum。

enum Weather { rainy, windy, sunny }

然后，定义一个简单的视图模型（类似于 SwiftUI 中创建的模型）来获取天气。在 Dart 中，Future 对象表示未来将要提供的值。Future 类似于 Swift 的 @Observable。在此示例中，视图模型中的函数返回一个 Future<Weather> 对象。

@immutable
class HomePageViewModel {
  const HomePageViewModel();
  Future<Weather> load() async {
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    return Weather.sunny;
  }
}

此示例中的 load() 函数与 Swift 代码有相似之处。该 Dart 函数被标记为 async，因为它使用了 await 关键字。

此外，标记为 async 的 Dart 函数会自动返回一个 Future。换句话说，您无需在标记为 async 的函数内手动创建 Future 实例。

最后一步是显示天气值。在 Flutter 中，FutureBuilder 和 StreamBuilder 组件用于在 UI 中显示 Future 的结果。以下示例使用了 FutureBuilder。

class HomePage extends StatelessWidget {
  const HomePage({super.key});
​
  final HomePageViewModel viewModel = const HomePageViewModel();
​
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return CupertinoPageScaffold(
      // Feed a FutureBuilder to your widget tree.
      child: FutureBuilder<Weather>(
        // Specify the Future that you want to track.
        future: viewModel.load(),
        builder: (context, snapshot) {
          // A snapshot is of type `AsyncSnapshot` and contains the
          // state of the Future. By looking if the snapshot contains
          // an error or if the data is null, you can decide what to
          // show to the user.
          if (snapshot.hasData) {
            return Center(child: Text(snapshot.data.toString()));
          } else {
            return const Center(child: CupertinoActivityIndicator());
          }
        },
      ),
    );
  }
}

有关完整示例，请查看 GitHub 上的 async_weather 文件。

Flutter 应用可以在多种多核硬件上运行，包括运行 macOS 和 iOS 的设备。为了提高这些应用的性能，有时您必须在不同的核心上并发运行任务。这对于避免长时间运行的操作阻塞 UI 渲染尤为重要。

在 Swift 中，您可以利用 GCD 在具有不同服务质量（qos）属性的全局队列上运行任务。这指示了任务的优先级。

func parse(string: String, completion: @escaping ([String:Any]) -> Void) {
  // Mimic 1 sec delay.
  DispatchQueue(label: "data_processing_queue", qos: .userInitiated)
    .asyncAfter(deadline: .now() + 1) {
      let result: [String:Any] = ["foo": 123]
      completion(result)
    }
  }
}

在 Dart 中，您可以将计算卸载到工作 Isolate（通常称为后台工作者）。一种常见的场景是生成一个简单的工作 Isolate，并在工作者退出时通过消息返回结果。您可以使用 Isolate.run() 来生成一个 Isolate 并执行计算。

void main() async {
  // Read some data.
  final jsonData = await Isolate.run(() => jsonDecode(jsonString) as Map<String, dynamic>);`
​
  // Use that data.
  print('Number of JSON keys: ${jsonData.length}');
}

在 Flutter 中，您还可以使用 compute 函数来启动一个 Isolate 来运行回调函数。

final jsonData = await compute(getNumberOfKeys, jsonString);

在这种情况下，回调函数是一个顶层函数，如下所示：

Map<String, dynamic> getNumberOfKeys(String jsonString) {
 return jsonDecode(jsonString);
}

您可以在 Swift 开发者学习 Dart 中找到更多关于 Dart 的信息，并在 面向 SwiftUI 开发者的 Flutter 或 面向 UIKit 开发者的 Flutter 中找到更多关于 Flutter 的信息。