在前面的一篇文章中大致介绍了如何在Flutter中进行异步编程，参考：

本文介绍其背后的相关原理。

Isolate

一个Isolate就是Dart代码执行的地方，类似于Java中的线程Thread，但是Isolate之间没有共享内存（好处是对于内存分配和垃圾回收时，不需要加锁机制），每个Isolate都有自己的内存和一个事件循环（类似于Android中的Handler/Looper机制）

默认Dart代码都在一个主Isolate中执行，但是如果一个任务计算量很大，已经导致了丢帧，那么可以创建一个新的Isolate来执行该逻辑，通过 Isolate.spawn()或者 Isolate.spawnUri()来创建Isolate，Isolate之间只能通过 SendPort/ReceivePort机制来进行发送和接收数据。

使用Isolate.spawnUri创建Isolate

比如在主Isolate中添加如下代码：

import 'dart:isolate';

void main(List<String> arguments) {
  print("main isolate start");
  createIsolate();
  print("main isolate stop");
}

createIsolate() async{
  ReceivePort rp = new ReceivePort();
  SendPort port = rp.sendPort;
  Isolate newIsolate = await Isolate.spawnUri(new Uri(path: "./other_isolate.dart"), ["hello Isolate", "this is args"], port);
  SendPort sendPort;
  rp.listen((message){
    print("main isolate message: $message");
    if (message[0] == 0){
      sendPort = message[1];
    }else{
      sendPort?.send([1,"这条信息是main Isolate发送的"]);
    }
  });
}

然后，在主Isolate文件的同级目录下新建一个other_isolate.dart文件，代码如下：

import 'dart:isolate';
import  'dart:io';

void main(args, SendPort sendPort) {
  print("child isolate start");
  print("child isolate args: $args");
  ReceivePort receivePort = new ReceivePort();
  SendPort port = receivePort.sendPort;
  receivePort.listen((message){
    print("child_isolate message: $message");
  });

  sendPort.send([0, port]);
  sleep(Duration(seconds:5));
  sendPort.send([1, "child isolate 任务完成"]);
  print("child isolate stop");
}

运行主Isolate文件代码，最终的输出结果如下:

main isolate start
main isolate stop
child isolate start
child isolate args: [hello Isolate, this is args]
main isolate message: [0, SendPort]
child isolate stop
main isolate message: [1, child isolate 任务完成]
child_isolate message: [1, 这条信息是main Isolate发送的]

使用Isolate.spawn创建Isolate

通常我们会使用spawn方式创建Isolate，我们希望将新创建的Isolate代码和主Isolate代码写在同一个文件，且不希望出现两个main函数，并且将耗时函数运行在新的Isolate，这样做的目的是有利于代码的组织与复用。

比如一个计算阶乘的Isolate于主Isolate之间的通信：

import 'dart:isolate';

Future<void> main(List<String> arguments) async {
  print(await asyncFibonacci(20));     //计算20的阶乘
}

Future<dynamic> asyncFibonacci(int n) async{
  final response = new ReceivePort();
  await Isolate.spawn(isolate,response.sendPort);
  final sendPort = await response.first as SendPort;
  final answer = new ReceivePort();
  sendPort.send([n,answer.sendPort]);
  return answer.first;
}

void isolate(SendPort initialReplyTo){
  final port = new ReceivePort();
  initialReplyTo.send(port.sendPort);
  port.listen((message){
    final data = message[0] as int;
    final send = message[1] as SendPort;
    send.send(syncFibonacci(data));
  });
}

int syncFibonacci(int n){
  return n < 2 ? n : syncFibonacci(n-2) + syncFibonacci(n-1);
}

在上面的代码中，耗时的操作放在使用spawn方法创建的Isolate中。运行上面的程序，最终的输出结果为6765，即20的阶乘。

事件循环

Dart中的Isolate里运行着事件循环机制，流程如下图所示：

可以看出，将任务加入到微任务中可以被尽快执行，但也需要注意，当事件循环在处理微任务队列时，事件队列会被卡住，此时应用程序无法处理鼠标单击、I/O消息等事件。

通过Future的链式调用来指定任务顺序

我们可以使用Future的then方法来组织Future，包括产生和取值的整个过程，下面是一个对比：

// BAD because of no explicit dependency between setting and using
// the variable.
future.then(...set an important variable...);
Timer.run(() {...use the important variable...});

上面的代码应该修改成下面的样式：

// BETTER because the dependency is explicit.
future.then(...set an important variable...)
  .then((_) {...use the important variable...});

如果在取值使用的时候，逻辑比较耗时或者可以稍后再进行处理，那么可以在取值的地方再创建一个新的Future，这样可以使得事件循环能够空出时机来处理event事件队列中的其他事件，如：

// MAYBE EVEN BETTER: Explicit dependency plus delayed execution.
future.then(...set an important variable...)
  .then((_) {new Future(() {...use the important variable...})});

选择使用正确的队列

通常我们会使用event队列，在我们使用Future时，新建的一个Future会添加一个事件到event队列的尾部，而通过顶级的 scheduleMicrotask()方法，我们可以添加一个任务到microTask队列中。

• 在event队列中安排任务（使用new Future() 或者new Future.delayed()），delayed延迟后添加到event队列中的任务并不会立即被处理，这依赖于主Isolate是否空闲或者microTask队列里是否有任务未执行完

关于Future的一些有趣事实：

1. 传入Future的then方法里的函数，会在Future完成时立即执行（这个函数并不会向队列中添加一个新的任务，它只是被调用）
2. 如果一个Future在then方法被调用之前已经完成了，那么这时候会向microtask队列里添加一个新的任务，这个任务就是执行传入then方法里的函数
3. Future.value()和Future.sync()构造方法都会在microtask队列中完成
4. Future.microtask构造函数会调用顶级的scheduleMicrotask方法，使得相应的函数能够先于其他异步事件执行（如Timer事件或者DOM事件），如下代码所示：

main() {
  Timer.run(() { print("executed"); });  // Will never be executed.
  foo() {
    scheduleMicrotask(foo);  // Schedules [foo] in front of other events.
  }
  foo();
}

Isolate越多越好吗？

对于计算密集型的任务，不应该放到任何一个队列中，应该新启动一个Isolate，但是我们应该用多少个Isolate呢？

按照文中所说：

我的理解是：如果一个Isolate如果仅仅是进行一个计算密集型的任务，那么这时候使用更多的Isolate是没有意义的（如果是超过里CPU核心数的话，因为超出CPU核心数的Isolate，执行时只能共享CPU的时间片了）；但是如果是I/O密集型的任务有多个，那么这时候Isolate就不会在CPU上浪费太多时间，因此超过CPU核心数的Isolate来进行I/O密集型任务，也是有意义的。

异步任务的执行顺序

通过上面的介绍，对于函数内部同时有microtask队列和event队列时，会仍然先执行非异步的代码，然后才会执行队列中的代码，当然microtask队列执行会优先于event队列，如下代码：

import 'dart:async';
main() {
  print('main #1 of 2');
  scheduleMicrotask(() => print('microtask #1 of 2'));

  new Future.delayed(new Duration(seconds:1),
                     () => print('future #1 (delayed)'));
  new Future(() => print('future #2 of 3'));
  new Future(() => print('future #3 of 3'));

  scheduleMicrotask(() => print('microtask #2 of 2'));

  print('main #2 of 2');
}

将输出：

main #1 of 2
main #2 of 2
microtask #1 of 2
microtask #2 of 2
future #2 of 3
future #3 of 3
future #1 (delayed)

但是对于更加复杂的顺序，还是要多做分析，比如像下面这样的代码：

假设没有其他外部任务进来的话，那么各个时间点下的队列情况和输出会如下所示：

总结

• 应用主函数main()，以及microtask队列和event队列中的所有对象都执行在主Isolate中
• microtask执行的优先级高，其任务通常来自于Dart内部，如果一个Future在then方法被调用之前已经完成了，那么then内的函数也会运行在microtask内的一个任务中
• event队列处理来自Dart（futures、timers、isolate messages等）和系统的所有任务（用户的动作交互、I/O事件、绘制事件等）
• 通常我们都是使用event队列（即通过使用new Future()或者new Future.delayed()）

参考：

• Dart asynchronous programming: Isolates and event loops
• The Event Loop and Dart
• Flutter开发之异步编程