Flutter Isolate 多執行緒

本文翻譯自 Medium。原文網址，請在閱讀前先去幫原作者拍拍手。另外，我也有在原文中加入一些我自己的理解。

Flutter 是由 Google 開發的跨平台框架，因其出色的用戶界面能力和動畫而引起了廣泛關注。如果我們遇到畫面卡住、動畫未按預期工作以及螢幕跳躍等問題，它的威力就會受到阻礙，進而導致整個用戶體驗變得很糟糕。通常，觸發這種現象的原因可能是同步訪問多個 API 請求、圖像處理、動畫或任何其他耗時操作。

很多開發人員希望在他們的應用程式中解決此問題，以便讓程式不會出現這種情況。可以通過創建多個隔離線程 Isolate，這些線程具有自己的事件循環並與運行 Flutter 的主執行緒 (Main Thread) 不共享記憶體來完成此操作。此過程稱為多執行緒處理。

Dart 是一種單線程語言：所有的 Dart 程式碼都在一個 Isolate 中運行，這讓它們非常重要，整個 Dart 應用程序都在一個隔離體中運行。

在 Flutter 中，每一個執行緒 (Thread) 就稱做一個 Isolate。

Need for Isolate

在 Flutter 中，即使是使用 async/await 的情況下，所有程式碼都在 Main Isolate 中執行 (雖然看起來是非同步的執行，但他們只是在 Main Isolate 中輪流執行，所以 async/await 數量一多還是會造成卡頓)，因此多線程是必不可少的。

Isolate 非常有用，可以運行需要很長時間才能完成而不會阻塞主線程的程式碼，這對於提供流暢和反應靈敏的用戶體驗非常重要。多線程允許程式的兩部分或更多部分並行執行，利用 CPU 的多核心。同時也可以讓程式同時執行多項任務，以減少對用戶輸入等事件做出反應時間。

在深入探討 Isolate 的類型之前，有幾件事情需要記住：

線程之間無法相互通訊：創建的隔離體之間沒有通訊，包括在 Flutter Isolate 中的自定的對象。
通訊是透過 port 完成的：線程之間的任何通訊都是通過 port 進行的。

Types Of Isolate In Flutter

在 Flutter 中有兩種方式可以創建 Isolate：

Compute function
Spawn function

Spawn Function

使用 spawn 創建 Isolate 很簡單，它需要兩個參數：一個 Function 和（可選的）Function 傳入值。

以下是如何使用 Isolate.spawn 創建 Isolate 的範例：

import 'dart:isolate';

void main() {
    // create the isolate
    Isolate.spawn(isolateFunction, "Hello from the main isolate!");
}

void isolateFunction(dynmic message) {
    print(message);
}

這會創建一個 Isolate 並在背景中執行 isolateFunction 中的程式碼。Main Isolate 將字串 "Hello from the main isolate!"，傳給新的 Isolate，這個字串會被新的 Isolate 接收到並且印出來。

請注意，Isolate 是被不同的 Thread 執行的，他們並不共享記憶體，這意味著你需要用 Isolate 之間的通訊技術來在不同的 Isolate 中傳遞數據（就像面的範例是在創建 Isolate 時傳入，或是晚點會介紹的 Port）。

Compute Function

Flutter 中。你可以使用 Compute function 在單獨的 Isolate 中執行 function，Compute function 是一個 Isolate.spawn 的包裝器 (wrapper)，讓 Isolate 執行計算密集型的任務更方便一點。

下面是一個在 Flutter 中使用 Comput function 創建 Isolate 的範例：

import 'dart:async';

Future<void> computeFunction async {
    int result = await compute(computeIntensiveFunction, 100);
    print(result);
}

int computeInstensiveFunction(int value) {
    // 執行一些計算密集型任務
    return value * value;
}

在這個例子中，使用 compute() 來創建一個獨立的 Isolate 來執行 computeInstensiveFunction 中的程式碼。Compute function 會回傳一個 Future ，會在 Function 執行完成時，回傳 Function 的回傳值。在這個例子中是會回傳 100 * 100 = 10000，所以 result 的直是 10000。

請注意，傳遞給 Comput function 的 Function，必須是頂層函數 (top-level function)，或是 static method，並且傳入值和回傳值的型態都是 dynmic。

Isolate 們如何相互溝通

要在 Isolate 之間通訊，可以使用 SendPort 和 ReceivePort。

以下是一個範例，告訴你如何使用這兩個 classes 來將訊息從 Main Isolate 傳送到新的 Isolate：

import 'dart:isolate';

void main() {
    // 創建一個 SentPort 來將訊息傳送到新的 Isolate
    final sendPort = new SendPort();
    // 創建一個新的 Isolate
    Isolate.spawn(isolateEntryPoint, sendPort);
}

void isolateEntryPoint(SendPort sendPort) {
    // 創建一個 ReceivePort 來接從 Main Isolate 接收訊息
    final receivePort = new RceivePort();

    // 傳送 receivePort 的 sendPort 給 Main Isolate，來讓 Main Isolate 可以傳送訊息到這個 Isolate
    sendPort.send(receivePort.sendPort);

    // 監聽來自 Main Isolate 的訊息
    receivePort.listen((message) {
        print('Message received: $message');
    });
}

要從新的 Isolate 傳送訊息回到 Main Isolate，可以用從 Main Isolate 傳入的 SendPort。

以下是如何使用此 SendPort 將訊息傳回 Main Isolate：

void isolateEntryPoint(SendPort sendPort) {
    // 創建一個 ReceivePort 來接從 Main Isolate 接收訊息
    final receivePort = new RceivePort();

    // 傳送 receivePort 的 sendPort 給 Main Isolate，來讓 Main Isolate 可以傳送訊息到這個 Isolate
    sendPort.send(receivePort.sendPort);

    // 監聽來自 Main Isolate 的訊息
    receivePort.listen((message) {
        print('Message received: $message');

        // 傳送訊息回 Main Isolate
        sendPort.send("Hello from the isolate!");
    });
}

在 Main Isolate 中，你可以使用 ReceivePort 來監聽來自新的 Isolate 的訊息：

import 'dart:isolate';

void main() {
    // 創建一個 SentPort 來將訊息傳送到新的 Isolate
    final sendPort = new SendPort();

    // 創建一個新的 Isolate
    Isolate.spawn(isolateEntryPoint, sendPort);

    // 創建一個 RecivePort 來接收來自新 Isolate 的訊息
    final receivePort = new ReceivePort();

    // 傳送 ReceivePort 的 SendPort 給新的 Isolate
    sendPort.send(receivePort.sendPort);

    // 監聽訊息
    receivePort.listen((message) {
        print('Message received: $message');
    });
}

flutter_isolate 套件提供了一種在單獨 Isolate（單獨的執行 Context）中運行 Dart 程式碼的方法。 Isolate 用於並行執行程式碼，可以用於實現負載平衡，因為它們允許你將工作負載分佈到多個線程中。

以下是如何在 Flutter 中使用 flutter_isolate 來平衡工作量的範例：

import 'package:flutter_isolate/flutter_isolate.dart';

void main() {
    // 創建一個要負載平衡的 function
    final workload = () {
        // Do some work here
    };

    // 創建一個列表的 Isolate
    final isolates = [
        IsolateRunner(workload),
        IsolateRunner(workload),
        IsolateRunner(workload),
    ];

    // 執行每一個 Isolate
    for (final isolate in isolates) {
        isolate.run();
    }
}

這個範例創建了一個包含三個 Isolate 的列表，每一個 Isolate 都有相同的工作，你可以呼叫每個 Isolate run() 來執行他們。

其他使用方法可以看 flutter_isolate 的官方文件