（六）Flutter学习之Dart异步操作详解

在 Dart 中的异步函数返回 Future 或 Stream 对象, await 和 async 关键字用于异步编程, 使得编写异步代码就像同步代码一样

使用 async 关键字标记一个函数为异步函数, 如:

Future<String> fetchVersion() async {
  return "1.0.0";
}

获取异步函数 Future 的值

通过 await 关键获取异步函数 Future 的结果:

main() async {
  var v = await fetchVersion();
  print(v);
}

除了通过 await 关键字获取 Future 的值, 还可以通过 then 函数来获取:

fetchVersion().then((version){
  print(version);
});

捕获异步函数异常

使用 try/catch/finally 来捕获异步函数 Future 的异常信息:

try {
  var v = await fetchVersion();
  print(v);
} catch(e) {
  print(e);
}

如果是通过 then 函数来获取的 Future 的结果, 可以通过 catchError 函数来捕获异常:

fetchVersion().then((version) {
  print(version);
}).catchError((e) {
  print(e);
});

异步函数链

通过 then 函数来实现异步函数的调用链:

Future result = costlyQuery(url);
result
    .then((value) => expensiveWork(value))
    .then((_) => lengthyComputation())
    .then((_) => print('Done!'))
    .catchError((exception) {
        //Handle exception... 
    });

也可以通过 await 关键字来实现上面的功能:

try {
  final value = await costlyQuery(url);
  await expensiveWork(value);
  await lengthyComputation();
  print('Done!');
} catch (e) {
  //Handle exception...
}

等待多个异步Future

可以使用 Future.wait 函数来等待多个异步函数返回, 该函数返回一个集合, 集合元素就是异步函数的返回结果, 集合元素的顺序就是异步函数的顺序:

main() async {
  Future deleteLotsOfFiles() async {
    return Future.delayed(Duration(seconds: 5), () {
      return "deleteLotsOfFiles";
    });
  }

  Future copyLotsOfFiles() async {
    return ("copyLotsOfFiles");
  };

  Future checksumLotsOfOtherFiles() async {
    return ("checksumLotsOfOtherFiles");
  };

  var result = await Future.wait([
    deleteLotsOfFiles(),
    copyLotsOfFiles(),
    checksumLotsOfOtherFiles(),
  ]);
  
  print(result);
  print('Done with all the long steps!');
}

// 输出结果

[deleteLotsOfFiles, copyLotsOfFiles, checksumLotsOfOtherFiles]
Done with all the long steps!

await for

异步函数返回 Future, 也可以返回 Stream, Stream 代表的是数据序列

可以通过 await for 来获取 stream 里的值, 如:

await for (varOrType identifier in stream) {
  // Executes each time the stream emits a value.
}

同理, 使用了 await for 的函数也必须是 async:

Future main() async {
  await for (var request in requestServer) {
    handleRequest(request);
  }
}

在 await for 中可以使用 return 或 break 来中断流

除了使用 await for 还可以使用 listen 函数来监听 stream 里的值:

main() {
  new HttpClient().getUrl(Uri.parse('http://www.baidu.com'))
      .then((HttpClientRequest request) => request.close())
      .then((HttpClientResponse response) => response.transform(new Utf8Decoder()).listen(print));
}

stream transform

有的时候我们还需要对流数据进行转换, 例如下面的代码读取文件的内容案例, 对内容进行 utf8 的反编码, 加上行分割, 这样就能原样输出内容:

main() async {
  var config = File('hello.dart');
  var inputStream = config.openRead();

  var lines = inputStream.transform(utf8.decoder).transform(LineSplitter());
  await for (var line in lines) {
    print(line);
  }
}

监听流的异常和关闭

如何要捕获上面读取文件的例子的异常, 如果是使用 await for , 可以使用 try catch

main() async {
  var config = File('config.txt');
  Stream<List<int>> inputStream = config.openRead();

  var lines = inputStream.transform(utf8.decoder).transform(LineSplitter());
  try {
    await for (var line in lines) {
      print(line);
    }
    print('file is now closed');
  } catch (e) {
    print(e);
  }
}

如果使用的是 then 函数来实现的, 可以使用 onDone 和 onError 来监听:

main() async {
  var config = File('config.txt');
  Stream<List<int>> inputStream = config.openRead();

  inputStream.transform(utf8.decoder).transform(LineSplitter()).listen(
      (String line) {
    print(line);
  }, onDone: () {
    print('file is now closed');
  }, onError: (e) {
    print(e);
  });
}

create stream

上面的案例都是使用 SDK 为我们提供好的 Stream, 那么我们如何自己创建 Stream 呢?

新建一个返回 Stream 的异步函数需要使用 async* 来标记, 使用 yield 或 yield* 来发射数据:

Stream<int> timedCounter(Duration interval, [int maxCount]) async* {
  int i = 0;
  while (true) {
    await Future.delayed(interval);
    yield i++;
    if (i == maxCount) break;
  }
}

main() async {
  timedCounter(Duration(seconds: 2), 5).listen(print);
}

上面的代码大概的意思就是每隔 interval = 2 秒发射一次数据, 数据从 0 开始累加, 直到数据等于 maxCount=5 时停止发射. 需要注意的是只有调用了 listen 异步函数体才会被执行, 该函数返回的是一个 Subscription

可以通过 pause 函数来暂停一个 Subscription 发射数据:

main() async {
  var r = timedCounter(Duration(seconds: 2), 5).listen(print);

  var resumeSignal = Future.delayed(Duration(seconds: 2));
  r.pause(resumeSignal);
}

执行了 pause 函数会导致 Subscription 暂停发射数据, resumeSignal 执行完毕后 Subscription 将继续发射数据

pause 函数参数是可以选的, resumeSignal 参数可以不传递, 如:

main() async {
  var r = timedCounter(Duration(seconds: 2), 5).listen(print);
  r.pause();
}

这个时候程序 2 秒后就会退出, 因为 执行完 listen 函数后，异步函数体就会被执行, 当执行完

await Future.delayed(interval);

程序便退出了, 因为 main 函数已经执行完毕. 我们可以通过 resume 函数来恢复 Subscription 数据的发射:

main() async {
  var r = timedCounter(Duration(seconds: 2), 5).listen(print);
  r.pause();
  await Future.delayed(Duration(seconds: 3));
  r.resume();
}

还可以通过 cancel 函数来取消一个 Subscription :

main() async {
  var r = timedCounter(Duration(seconds: 2), 5).listen(print);
  
  //上面的代码意思4秒之后取消stream
  Future.delayed(Duration(seconds: 4),(){
    r.cancel();
  });
}

StreamController

有的时候 Stream 来程序的不同地方, 不仅仅是来自异步函数

我们可以通过 StreamController 来创建流, 并且往这个流里发射数据. 也就是说 StreamController 会为我们创建一个新的 Stream, 可以在任何时候任何地方为 Stream 添加 Event

例如我们使用 StreamController 来改造下 timedCounter 函数 :

Stream<int> timedCounter(Duration interval, [int maxCount]) {
  var controller = StreamController<int>();
  int counter = 0;
  void tick(Timer timer) {
    counter++;
    // Ask stream to send counter values as event.
    controller.add(counter); 
    if (maxCount != null && counter >= maxCount) {
      timer.cancel();
      // Ask stream to shut down and tell listeners.
      controller.close(); 
    }
  }

  // BAD: Starts before it has subscribers.
  Timer.periodic(interval, tick); 
  return controller.stream;
}

但是这个改造程序有两个问题:

    1. 尽管没有调用 listen 函数, timedCounter 函数体会被执行, 也就是定时器 Timer.periodic() 会被执行, 因为 timedCounter 并没有被 async* 标记, 如果被标记程序会自动帮我们处理.
    1. 没有处理 pause 情况, 哪怕执行了 pause 函数, 程序也会不断的产生事件

所以当我们使用 StreamController 的时候一定要避免出现上面的两个问题, 否则会导致内存泄漏问题

对于第一个问题, 读者可能会问：我们没有执行 listen 函数, 程序也没有输出数据啊. 这是因为这些事件被 StreamController 缓冲起来了:

void listenAfterDelay() async {
  var counterStream = timedCounter(const Duration(seconds: 1), 15);
  await Future.delayed(const Duration(seconds: 5));

  // After 5 seconds, add a listener.
  await for (int n in counterStream) {
    print(n); // Print an integer every second, 15 times.
  }
}

调用完 timedCounter 函数后, 我们没有调用 listen 函数, 而是 delay 了 5 秒
也就是说 StreamController 在这 5 秒里缓冲了 5 个 Event
然后通过 await for 来获取值, 会立刻输出 1 ~ 5 的数字, 因为这些数据已经缓冲好了, 等待被获取.
最后每隔一秒输出一次. 所以这个程序证明了哪怕没有调用 listen 函数 发送的 Event 会被 StreamController 缓冲起来

我们再来看下第二个问题: 没有处理 pause 事件, 哪怕调用管理 pause 函数, 程序也会发送 Event , 这些 Event 会被 StreamController buffer 起来. 我们通过一个程序来验证下:

void listenWithPause() {
  var counterStream = timedCounter(const Duration(seconds: 1), 15);
  StreamSubscription<int> subscription;

  subscription = counterStream.listen((int counter) {
    print(counter); // Print an integer every second.
    if (counter == 5) {
      // After 5 ticks, pause for five seconds, then resume.
      subscription.pause(Future.delayed(const Duration(seconds: 5)));
    }
  });
}

这个程序会输出 1 ~ 5 的数, 然后会触发 pause 函数, 暂停 5 秒. 其实在暂停的期间 Event 依然会发送, 并没有真正的暂停. 5 秒后 Subscription 恢复, 会立刻输出 6 ~ 10, 说明在这 5 秒产生了 5 个 Event, 这些事件被 StreamController buffer 起来了.

那么在使用 StreamController 的时候如何避免上述问题呢?

Stream<int> timedCounter(Duration interval, [int maxCount]) {
  StreamController<int> controller;
  Timer timer;
  int counter = 0;

  void tick(_) {
    counter++;
    controller.add(counter); // Ask stream to send counter values as event.
    if (counter == maxCount) {
      timer.cancel();
      controller.close(); // Ask stream to shut down and tell listeners.
    }
  }

  void startTimer() {
    timer = Timer.periodic(interval, tick);
  }

  void stopTimer() {
    if (timer != null) {
      timer.cancel();
      timer = null;
    }
  }

  controller = StreamController<int>(
      onListen: startTimer,
      onPause: stopTimer,
      onResume: startTimer,
      onCancel: stopTimer);

  return controller.stream;
}

也就是说需要把 pause/resume 等回调交给 StreamController , 它会自动帮我们处理好生命周期

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Reference

https://dart.dev/guides/libraries/library-tour#dartasync---asynchronous-programming
https://dart.dev/tutorials/language/futures
https://dart.dev/guides/language/language-tour#asynchrony-support
http://wiki.jikexueyuan.com/project/dart-language-tour/asynchrony-support.html
https://dart.dev/articles/libraries/creating-streams

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