面向 Swift 開發者的 Flutter 併發指南

Dart 和 Swift 都支援併發程式設計。本指南旨在幫助您理解 Dart 的併發工作原理及其與 Swift 的區別。透過理解這些概念，您可以建立高效能的 iOS 應用。

在蘋果生態系統中進行開發時，某些任務可能需要很長時間才能完成。這些任務包括獲取或處理大量資料。iOS 開發者通常使用 Grand Central Dispatch (GCD) 透過共享執行緒池來排程任務。使用 GCD，開發者可以將任務新增到排程佇列（dispatch queues）中，由 GCD 決定在哪個執行緒上執行它們。

然而，GCD 會啟動多個執行緒來處理剩餘的工作項。這意味著您最終可能會產生大量的執行緒，從而導致系統超載。而在 Swift 中，結構化併發模型減少了執行緒數量和上下文切換。現在，每個核心只有一個執行緒。

Dart 採用單執行緒執行模型，並支援 Isolates（隔離區）、事件迴圈和非同步程式碼。Isolate 是 Dart 對輕量級執行緒的實現。除非您顯式生成一個 Isolate，否則您的 Dart 程式碼將執行在由事件迴圈驅動的主 UI 執行緒中。Flutter 的事件迴圈等同於 iOS 的主迴圈——換句話說，就是附加在主執行緒上的 Looper。

Dart 的單執行緒模型並不意味著您必須將所有操作都設為阻塞式，從而導致 UI 卡頓。相反，請使用 Dart 語言提供的非同步功能，例如 async/await。

非同步操作允許在它完成之前執行其他操作。Dart 和 Swift 都支援使用 async 和 await 關鍵字的非同步函式。在這兩種語言中，async 標記函式執行非同步工作，而 await 則告訴系統等待函式的返回結果。這意味著 Dart 虛擬機器（VM）在必要時可以掛起該函式。有關非同步程式設計的更多詳細資訊，請查閱 Dart 中的併發。

對於蘋果作業系統，主執行緒（也稱為 UI 執行緒）是應用程式開始執行的地方。使用者介面的渲染始終在主執行緒上進行。Swift 和 Dart 之間的一個區別是，Swift 可能會針對不同的任務使用不同的執行緒，且 Swift 不保證具體使用哪個執行緒。因此，在 Swift 中分發 UI 更新時，您可能需要確保工作是在主執行緒上執行的。

假設您要編寫一個函式來非同步獲取天氣並顯示結果。

在 GCD 中，若要手動將程序排程到主執行緒，您可能會執行以下操作：

首先，定義 Weather enum（列舉）。

enum Weather: String {
    case rainy, sunny
}

接下來，定義檢視模型並將其標記為 @Observable，用於釋出型別為 Weather? 的 result。使用 GCD 建立一個後臺 DispatchQueue 將工作傳送到執行緒池，然後排程回主執行緒以更新 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
            }
        }
    }
}

最後，顯示結果。

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 來支援共享可變狀態的同步。為了確保在主執行緒上執行工作，請定義一個標記為 @MainActor 的檢視模型類，並在其中包含一個使用 Task 內部呼叫非同步函式的 load() 函式。

@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
  }
}

接下來，使用 @State 將檢視模型定義為狀態，幷包含一個可由檢視模型呼叫的 load() 函式。

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

在 Dart 中，所有工作預設在主 Isolate 上執行。要使用 Dart 實現相同的示例，首先，建立 Weather enum。

enum Weather { rainy, windy, sunny }

然後，定義一個簡單的檢視模型（類似於 SwiftUI 中建立的模型）來獲取天氣。在 Dart 中，Future 物件表示未來將要提供的值。Future 類似於 Swift 的 @Observable。在此示例中，檢視模型中的函式返回一個 Future<Weather> 物件。

@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() 函式與 Swift 程式碼有相似之處。該 Dart 函式被標記為 async，因為它使用了 await 關鍵字。

此外，標記為 async 的 Dart 函式會自動返回一個 Future。換句話說，您無需在標記為 async 的函式內手動建立 Future 例項。

最後一步是顯示天氣值。在 Flutter 中，FutureBuilder 和 StreamBuilder 元件用於在 UI 中顯示 Future 的結果。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());
          }
        },
      ),
    );
  }
}

有關完整示例，請檢視 GitHub 上的 async_weather 檔案。

Flutter 應用可以在多種多核硬體上執行，包括執行 macOS 和 iOS 的裝置。為了提高這些應用的效能，有時您必須在不同的核心上併發執行任務。這對於避免長時間執行的操作阻塞 UI 渲染尤為重要。

在 Swift 中，您可以利用 GCD 在具有不同服務質量（qos）屬性的全域性佇列上執行任務。這指示了任務的優先順序。

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，您可以將計算解除安裝到工作 Isolate（通常稱為後臺工作者）。一種常見的場景是生成一個簡單的工作 Isolate，並在工作者退出時透過訊息返回結果。您可以使用 Isolate.run() 來生成一個 Isolate 並執行計算。

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，您還可以使用 compute 函式來啟動一個 Isolate 來執行回撥函式。

final jsonData = await compute(getNumberOfKeys, jsonString);

在這種情況下，回撥函式是一個頂層函式，如下所示：

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

您可以在 Swift 開發者學習 Dart 中找到更多關於 Dart 的資訊，並在 面向 SwiftUI 開發者的 Flutter 或 面向 UIKit 開發者的 Flutter 中找到更多關於 Flutter 的資訊。