事件循环和协程机制

Dart实现异步的方式同Javascript类似，如果你掌握Javascript的事件循环机制，那么学习Dart的异步机制就非常简单了

在 Dart 中，事件循环和协程是实现异步编程的核心机制。它们使得我们能够以非阻塞的方式处理异步操作，并允许在异步操作期间暂停和继续执行代码。本文将深入探讨 Dart 的事件循环和协程机制，并结合代码示例进行详细说明。

协程（Coroutine）

协程是一种轻量级的线程，它可以在程序内部进行切换，而不需要依赖操作系统的线程管理。在 Dart 中，协程的实现是通过异步函数和 await 关键字来实现的。

异步函数使用 async 关键字来标记，表示这个函数可能包含异步操作。在异步函数中，使用 await 关键字来等待一个 Future 的结果。当遇到 await 表达式时，当前协程会暂停执行，并将控制权交给事件循环，直到 Future 完成并返回结果。

void main() async {
  print('Start');
  // 异步函数中使用 await 等待 Future 的结果
  var result = await fetchData();
  print('Async result: $result');
  print('End');
}
Future<String> fetchData() {
  return Future.delayed(Duration(seconds: 2), () => 'Data loaded');
}

当涉及到 Dart 的事件循环时，可以结合事件队列、宏任务、微任务和协程的概念来完善整体的事件循环。下面是对事件循环的完善描述：

事件循环（Event Loop）

Dart 的事件循环是一个基于事件驱动的循环机制，用于处理异步操作和事件处理。它包括以下组件：事件队列、宏任务队列、微任务队列、IO 事件处理器和异步任务处理器等。

事件循环的完整流程如下：

1.初始化事件循环，并创建事件队列、宏任务队列和微任务队列。 2. 事件循环从事件队列中取出一个事件。 3. 如果是微任务（如 Future.then() 回调函数），将微任务添加到微任务队列中。 4. 如果是宏任务（如定时器事件、IO 事件、用户交互事件等），将宏任务添加到宏任务队列中。 5. 事件循环首先处理微任务队列中的所有微任务，确保微任务在当前事件循环中优先执行。 6. 微任务队列中的所有微任务都处理完毕后，事件循环开始处理宏任务队列中的宏任务。 7. 事件循环处理宏任务，执行相应的回调函数，并等待宏任务完成。 8. 宏任务处理完成后，事件循环回到步骤2，继续处理下一个事件,事件循环在整个过程中不断循环，直到事件队列为空或程序终止

通过微任务队列的处理机制，Dart 确保了在事件循环的每一轮中，微任务能够优先得到处理。这保证了微任务的及时执行，并避免了某些异步任务被延迟处理的情况。

通过协程的机制，Dart 实现了非阻塞的异步编程。当遇到 await 表达式时，协程会暂停执行，并将控制权交给事件循环。一旦 Future 完成并返回结果，协程恢复执行，并继续执行 await 表达式之后的代码。

void main() {
  print('Start');
  // 添加一个定时器事件
  Timer(Duration(seconds: 2), () {
    print('Timer event');
  });
  // 添加一个 IO 事件
  File('data.txt').readAsString().then((data) {
    print('IO event: $data');
  });
  // 添加一个异步任务
  fetchData().then((result) {
    print('Async event: $result');
  });
  print('End');
}
Future<String> fetchData() {
  return Future.delayed(Duration(seconds: 1), () => 'Data loaded');
}

在上面的示例中，我们向事件队列中添加了一个定时器事件、一个 IO 事件和一个异步任务。在事件循环的处理过程中，定时器事件会在指定的延迟时间后触发，IO 事件会在文件读取完成后执行回调函数，异步任务会在 Future 完成后传递结果。

协程（Coroutine）

协程是一种轻量级的线程，它可以在程序内部进行切换，而不需要依赖操作系统的线程管理。在 Dart 中，协程的实现是通过异步函数和 await 关键字来实现的。

异步函数使用 async 关键字来标记，表示这个函数可能包含异步操作。在异步函数中，使用 await 关键字来等待一个 Future 的结果。当遇到 await 表达式时，当前

协程会暂停执行，并将控制权交给事件循环，直到 Future 完成并返回结果。

下面是一个示例代码，展示了协程的工作流程：

void main() async {
  print('Start');
  // 异步函数中使用 await 等待 Future 的结果
  var result = await fetchData();
  print('Async result: $result');
  print('End');
}
Future<String> fetchData() {
  return Future.delayed(Duration(seconds: 2), () => 'Data loaded');
}

在上面的示例中，main() 函数被标记为异步函数，使用 async 关键字进行标记。在异步函数中，我们使用 await 关键字等待 fetchData() 函数的结果。在等待期间，协程会暂停执行，并将控制权返回给事件循环。一旦 Future 完成并返回结果，协程恢复执行，并打印出结果。

宏任务队列（Macrotask Queue））

在 Dart 中，宏任务（Macrotask）是指需要在事件循环的下一轮执行的任务。与微任务不同，宏任务的执行发生在微任务队列处理完毕后。以下是一些常见的宏任务：

1. 定时器事件

通过 Timer 类创建的定时器事件是宏任务。可以使用 Timer 类的方法（如 Timer.run()、Timer.periodic()、Timer(Duration, callback)）来创建定时器事件，并在指定的延迟时间后执行回调函数。

void main() {
  print('Start');
  Timer(Duration(seconds: 2), () {
    print('Timer event');
  });
  print('End');
}

在上面的示例中，通过 Timer 类创建的定时器事件会在指定的延迟时间后作为宏任务执行。

2. IO 事件

包括文件读写、网络请求等异步操作。当执行这些异步操作时，相应的 IO 事件会被触发，然后作为宏任务在事件循环的下一轮执行。

import 'dart:io';
void main() {
  print('Start');
  File('data.txt').readAsString().then((data) {
    print('IO event: $data');
  });
  print('End');
}

在上面的示例中，文件读取的 IO 事件会在文件读取完成后作为宏任务执行。

3. UI 事件

在 Flutter 应用程序中，用户交互（如点击按钮、滑动屏幕等）触发的事件也是宏任务。这些 UI 事件会被放入事件队列，并在事件循环的下一轮执行。

import 'package:flutter/material.dart';
void main() {
  runApp(MyApp());
}
class MyApp extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(
          title: Text('Macrotask Example'),
        ),
        body: Center(
          child: RaisedButton(
            child: Text('Click Me'),
            onPressed: () {
              print('Button clicked');
            },
          ),
        ),
      ),
    );
  }
}

在上面的示例中，按钮点击事件会在事件循环的下一轮作为宏任务执行。

宏任务与微任务相对，宏任务的执行顺序在微任务之后。在事件循环的每一轮中，首先会处理微任务队列中的所有微任务，然后才会执行宏任务。

通过宏任务，我们可以在 Dart 中处理一些需要在下一轮事件循环执行的任务，例如定时器事件、IO 事件和用户交互事件。这使得我们可以在合适的时机执行这些任务，并保持事件循环的稳定性和性能。

微任务队列（Microtask Queue）

Dart 中的微任务队列用于处理异步任务的回调函数。它保证异步任务的回调函数能够及时执行。常见的微任务包括 Future.then()、async/await 的回调等。

下面是一个示例代码，演示了微任务队列的处理过程：

void main() {
  print('Start');
  Future.microtask(() => print('Microtask 1'));
  Future.delayed(Duration(seconds: 1), () {
    print('Async event');
  });
  Future.microtask(() => print('Microtask 2'));
  print('End');
}

在上面的示例中，我们使用 Future.microtask() 方法将两个微任务添加到微任务队列中。这些微任务会在当前事件循环中的其他事件之后立即执行，而不会等待其他事件的完成。因此，"Microtask 1" 和 "Microtask 2" 的输出会在 "Async event" 之前打印出来。

综上所述，Dart 的事件循环、协程和微任务队列相互配合，实现了高效的异步编程机制。事件循环负责处理各种事件，协程允许代码在异步操作期间暂停和继续执行，微任务队列保证异步任务的回调函数能够及时执行。这些机制的结合使得 Dart 能够实现高性能和灵活的异步编程。

微任务队列（Microtask Queue）

Dart 中的微任务队列用于处理异步任务的回调函数。它保证异步任务的回调函数能够及时执行。常见的微任务包括 Future.then()、async/await 的回调等。

void main() {
  print('Start');
  Future.microtask(() => print('Microtask 1'));
  Future.delayed(Duration(seconds: 1), () {
    print('Async event');
  });
  Future.microtask(() => print('Microtask 2'));
  print('End');
}

常见的微任务

在 Dart 中，以下是一些常见的微任务：

1. Future.then() 回调

当一个 Future 完成时，可以使用 Future.then() 方法添加回调函数。这些回调函数会被添加到微任务队列中，并在当前事件循环中的微任务阶段执行。

Future.delayed(Duration(seconds: 1)).then((value) {
  print('Future.then() callback');
});

2. async/await 的回调

使用 async/await 语法编写的异步函数中，await 表达式会等待一个 Future 的完成，并在当前事件循环中的微任务阶段恢复执行。

dart

复制代码

void main() async {
  print('Start');
  await Future.delayed(Duration(seconds: 1));
  print('Async callback');
}

3. scheduleMicrotask() 函数

可以使用 scheduleMicrotask() 函数将一个回调函数添加到微任务队列中，以确保它在当前事件循环的微任务阶段执行。

void main() {
  print('Start');
  scheduleMicrotask(() {
    print('Microtask callback');
  });
}

这些微任务都会在当前事件循环的微任务阶段被执行，而不会被其他事件中断。微任务的执行顺序是按照它们被添加到微任务队列的顺序来执行的。

请注意，与微任务相对的是宏任务（例如定时器事件、IO 事件等），宏任务的执行会在微任务之后进行。因此，在事件循环的每一轮中，微任务先于宏任务执行。