Flutter如何保證數(shù)據(jù)操作原子性詳解
前言
Flutter 是單線程架構(gòu)，按道理理說，F(xiàn)lutter 不會出現(xiàn) Java 的多線程相關(guān)的問題。
但在我使用 Flutter 過程中，卻發(fā)現(xiàn) Flutter 依然會存在數(shù)據(jù)操作原子性的問題。
其實 Flutter 中存在多線程的（Isolate 隔離池），只是 Flutter 中的多線程更像 Java 中的多進程，因為 Flutter 中線程不能像 Java 一樣，可以兩個線程去操作同一個對象。
我們一般將計算任務(wù)放在 Flutter 單獨的線程中，例如一大段 Json 數(shù)據(jù)的解析，可以將解析計算放在單獨的線程中，然后將解析完后的 Map<String, dynamic> 返回到主線程來用。
Flutter單例模式
在 Java 中，我們一般喜歡用單例模式來理解 Java 多線程問題。這里我們也以單例來舉例，我們先來一個正常的：
class FlutterSingleton {
static FlutterSingleton? _instance;
/// 將構(gòu)造方法聲明成私有的
FlutterSingleton._();
static FlutterSingleton getInstance() {
if (_instance == null) {
_instance = FlutterSingleton._();
}
return _instance!;
}
}由于 Flutter 是單線程架構(gòu)的, 所以上述代碼是沒有問題的。
問題示例
但是, 和 Java 不同的是, Flutter 中存在異步方法。
做 App 開發(fā)肯定會涉及到數(shù)據(jù)持久化，Android 開發(fā)應(yīng)該都熟悉 SharedPreferences，F(xiàn)lutter 中也存在 SharedPreferences 庫，我們就以此來舉例。同樣實現(xiàn)單例模式，只是這次無可避免的需要使用 Flutter 中的異步：
class SPSingleton {
static SPSingleton? _instance;
String? data;
/// 將構(gòu)造方法聲明成私有的
SPSingleton._fromMap(Map<String, dynamic> map) : data = map['data'];
static Future<SPSingleton> _fromSharedPreferences() async {
// 模擬從 SharedPreferences 中讀取數(shù)據(jù), 并以此來初始化當(dāng)前對象
Map<String, String> map = {'data': 'mockData'};
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
return SPSingleton._fromMap(map);
}
static Future<SPSingleton> getInstance() async {
if (_instance == null) {
_instance = await SPSingleton._fromSharedPreferences();
}
return _instance!;
}
}
void main() async {
SPSingleton.getInstance().then((value) {
print('instance1.hashcode = ${value.hashCode}');
});
SPSingleton.getInstance().then((value) {
print('instance2.hashcode = ${value.hashCode}');
});
}運行上面的代碼，打印日志如下：
instance1.hashcode = 428834223
instance2.hashcode = 324692380
可以發(fā)現(xiàn)，我們兩次調(diào)用 SPSingleton.getInstance() 方法，分別創(chuàng)建了兩個對象，說明上面的單例模式實現(xiàn)有問題。
我們來分析一下 getInstance() 方法：
static Future<SPSingleton> getInstance() async {
if (_instance == null) { // 1
_instance = await SPSingleton._fromSharedPreferences(); //2
}
return _instance!;
}當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 getInstance() 方法時，代碼在運行到 1 處時，發(fā)現(xiàn) _instance 為 null, 就會進入 if 語句里面執(zhí)行 2 處, 并因為 await 關(guān)鍵字掛起, 并交出代碼的執(zhí)行權(quán), 直到被 await 的 Future 執(zhí)行完畢，最后將創(chuàng)建的 SPSingleton 對象賦值給 _instance 并返回。
當(dāng)?shù)诙握{(diào)用 getInstance() 方法時，代碼在運行到 1 處時，可能會發(fā)現(xiàn) _instance 還是為 null (因為 await SPSingleton._fromSharedPreferences() 需要 10ms 才能返回結(jié)果), 然后和第一次調(diào)用 getInstance() 方法類似, 創(chuàng)建新的 SPSingleton 對象賦值給 _instance。
最后導(dǎo)致兩次調(diào)用 getInstance() 方法, 分別創(chuàng)建了兩個對象。
解決辦法
問題原因知道了，那么該怎樣解決這個問題呢？
究其本質(zhì)，就是 getInstance() 方法的執(zhí)行不具有原子性，即：在一次 getInstance() 方法執(zhí)行結(jié)束前，不能執(zhí)行下一次 getInstance() 方法。
幸運的是, 我們可以借助 Completer 來將異步操作原子化，下面是借助 Completer 改造后的代碼：
import 'dart:async';
class SPSingleton {
static SPSingleton? _instance;
static Completer<bool>? _monitor;
String? data;
/// 將構(gòu)造方法聲明成私有的
SPSingleton._fromMap(Map<String, dynamic> map) : data = map['data'];
static Future<SPSingleton> _fromSharedPreferences() async {
// 模擬從 SharedPreferences 中讀取數(shù)據(jù), 并以此來初始化當(dāng)前對象
Map<String, String> map = {'data': 'mockData'};
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
return SPSingleton._fromMap(map);
}
static Future<SPSingleton> getInstance() async {
if (_instance == null) {
if (_monitor == null) {
_monitor = Completer<bool>();
_instance = await SPSingleton._fromSharedPreferences();
_monitor!.complete(true);
} else {
// Flutter 的 Future 支持被多次 await
await _monitor!.future;
_monitor = null;
}
}
return _instance!;
}
}
void main() async {
SPSingleton.getInstance().then((value) {
print('instance1.hashcode = ${value.hashCode}');
});
SPSingleton.getInstance().then((value) {
print('instance2.hashcode = ${value.hashCode}');
});
}我們再次分析一下 getInstance() 方法:
static Future<SPSingleton> getInstance() async {
if (_instance == null) { // 1
if (_monitor == null) { // 2
_monitor = Completer<bool>(); // 3
_instance = await SPSingleton._fromSharedPreferences(); // 4
_monitor!.complete(true); // 5
} else {
// Flutter 的 Future 支持被多次 await
await _monitor!.future; //6
_monitor = null;
}
}
return _instance!; // 7
}當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 getInstance() 方法時, 1 處和 2 處都會判定為 true, 然后進入執(zhí)行到 3 處創(chuàng)建一個的 Completer 對象, 然后在 4 的 await 處掛起, 并交出代碼的執(zhí)行權(quán), 直到被 await 的 Future 執(zhí)行完畢。
此時第二次調(diào)用的 getInstance() 方法開始執(zhí)行，1 處同樣會判定為 true, 但是到 2 處時會判定為 false, 從而進入到 else, 并因為 6 處的 await 掛起, 并交出代碼的執(zhí)行權(quán);
此時, 第一次調(diào)用 getInstance() 時的 4 處執(zhí)行完畢, 并執(zhí)行到 5, 并通過 Completer 通知第二次調(diào)用的 getInstance() 方法可以等待獲取代碼執(zhí)行權(quán)了。
最后，兩次調(diào)用 getInstance() 方法都會返回同一個 SPSingleton 對象，以下是打印日志：
instance1.hashcode = 786567983
instance2.hashcode = 786567983
由于 Flutter 的 Future 是支持多次 await 的, 所以即便是連續(xù) n 次調(diào)用 getInstance() 方法, 從第 2 到 n 次調(diào)用會 await 同一個 Completer.future, 最后也能返回同一個對象。
Flutter任務(wù)隊列
雖然我們經(jīng)常拿單例模式來解釋說明 Java 多線程問題，可這并不代表著 Java 只有在單例模式時才有多線程問題。
同樣的，也并不代表著 Flutter 只有在單例模式下才有原子操作問題。
問題示例
我們同樣以數(shù)據(jù)持久化來舉例，只是這次我們以數(shù)據(jù)庫操作來舉例。
我們在操作數(shù)據(jù)庫時，經(jīng)常會有這樣的需求：如果數(shù)據(jù)庫表中存在這條數(shù)據(jù)，就更新這條數(shù)據(jù)，否則就插入這條數(shù)據(jù)。
為了實現(xiàn)這樣的需求，我們可能會先從數(shù)據(jù)庫表中查詢數(shù)據(jù)，查詢到了就更新，沒查詢到就插入，代碼如下：
class Item {
int id;
String data;
Item({
required this.id,
required this.data,
});
}
class DBTest {
DBTest._();
static DBTest instance = DBTest._();
bool _existsData = false;
Future<void> insert(String data) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫插入操作,10毫秒過后,數(shù)據(jù)庫中才有數(shù)據(jù)
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
_existsData = true;
print('執(zhí)行了插入');
}
Future<void> update(String data) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫更新操作
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
print('執(zhí)行了更新');
}
Future<Item?> selected(int id) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫查詢操作
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
if (_existsData) {
// 數(shù)據(jù)庫中有數(shù)據(jù)才返回
return Item(id: 1, data: 'mockData');
} else {
// 數(shù)據(jù)庫沒有數(shù)據(jù)時,返回null
return null;
}
}
/// 先從數(shù)據(jù)庫表中查詢數(shù)據(jù)，查詢到了就更新，沒查詢到就插入
Future<void> insertOrUpdate(int id, String data) async {
Item? item = await selected(id);
if (item == null) {
await insert(data);
} else {
await update(data);
}
}
}
void main() async {
DBTest.instance.insertOrUpdate(1, 'data');
DBTest.instance.insertOrUpdate(1, 'data');
}我們期望的輸出日志為:
執(zhí)行了插入
執(zhí)行了更新
但不幸的是, 輸出的日志為:
執(zhí)行了插入
執(zhí)行了插入
原因也是異步方法操作數(shù)據(jù), 不是原子操作, 導(dǎo)致邏輯異常。
也許我們也可以效仿單例模式的實現(xiàn)，利用 Completer 將 insertOrUpdate() 方法原子化。
但對于數(shù)據(jù)庫操作是不合適的，因為我們可能還有其它需求，比如說：調(diào)用插入數(shù)據(jù)的方法，然后立即從數(shù)據(jù)庫中查詢這條數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)找不到。
如果強行使用 Completer，那么到最后，可能這個類中會出現(xiàn)一大堆的 Completer ，代碼難以維護。
解決辦法
其實我們想要的效果是，當(dāng)有異步方法在操作數(shù)據(jù)庫時，別的操作數(shù)據(jù)的異步方法應(yīng)該阻塞住，也就是同一時間只能有一個方法來操作數(shù)據(jù)庫。我們其實可以使用任務(wù)隊列來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作的需求。
我這里利用 Completer 實現(xiàn)了一個任務(wù)隊列:
import 'dart:async';
import 'dart:collection';
/// TaskQueue 不支持 submit await submit, 以下代碼就存在問題
///
/// TaskQueue taskQueue = TaskQueue();
/// Future<void> task1(String arg)async{
/// await Future.delayed(Duration(milliseconds: 100));
/// }
/// Future<void> task2(String arg)async{
/// 在這里submit時, 任務(wù)會被添加到隊尾, 且當(dāng)前方法任務(wù)不會結(jié)束
/// 添加到隊尾的任務(wù)必須等到當(dāng)前方法任務(wù)執(zhí)行完畢后, 才能繼續(xù)執(zhí)行
/// 而隊尾的任務(wù)必須等當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完畢后, 才能執(zhí)行
/// 這就導(dǎo)致相互等待, 使任務(wù)無法進行下去
/// 解決辦法是, 移除當(dāng)前的 await, 讓當(dāng)前任務(wù)結(jié)束
/// await taskQueue.submit(task1, arg);
/// }
///
/// taskQueue.submit(task2, arg);
///
/// 總結(jié):
/// 被 submit 的方法的內(nèi)部如果調(diào)用 submit 方法, 此方法不能 await, 否則任務(wù)隊列會被阻塞住
///
/// 如何避免此操作, 可以借鑒以下思想:
/// 以數(shù)據(jù)庫操作舉例, 有個save方法的邏輯是插入或者更新(先查詢數(shù)據(jù)庫select,再進行下一步操作);
/// sava方法內(nèi)部submit,并且select也submit, 就容易出現(xiàn)submit await submit的情況
///
/// 我們可以這樣操作,假設(shè)當(dāng)前類為 DBHelper:
/// 將數(shù)據(jù)庫的增,刪,查,改操作封裝成私有的 async 方法, 且私有方法不能使用submit
/// DBHelper的公有方法, 可以調(diào)用自己的私有 async 方法, 但不能調(diào)用自己的公有方法, 公有方法可以使用submit
/// 這樣就不會存在submit await submit的情況了
class TaskQueue {
/// 提交任務(wù)
Future<O> submit<A, O>(Function fun, A? arg) async {
if (!_isEnable) {
throw Exception('current TaskQueue is recycled.');
}
Completer<O> result = new Completer<O>();
if (!_isStartLoop) {
_isStartLoop = true;
_startLoop();
}
_queue.addLast(_Runnable<A, O>(
fun: fun,
arg: arg,
completer: result,
));
if (!(_emptyMonitor?.isCompleted ?? true)) {
_emptyMonitor?.complete();
}
return result.future;
}
/// 回收 TaskQueue
void recycle() {
_isEnable = false;
if (!(_emptyMonitor?.isCompleted ?? true)) {
_emptyMonitor?.complete();
}
_queue.clear();
}
Queue<_Runnable> _queue = Queue<_Runnable>();
Completer? _emptyMonitor;
bool _isStartLoop = false;
bool _isEnable = true;
Future<void> _startLoop() async {
while (_isEnable) {
if (_queue.isEmpty) {
_emptyMonitor = new Completer();
await _emptyMonitor!.future;
_emptyMonitor = null;
}
if (!_isEnable) {
// 當(dāng)前TaskQueue不可用時, 跳出循環(huán)
return;
}
_Runnable runnable = _queue.removeFirst();
try {
dynamic result = await runnable.fun(runnable.arg);
runnable.completer.complete(result);
} catch (e) {
runnable.completer.completeError(e);
}
}
}
}
class _Runnable<A, O> {
final Completer<O> completer;
final Function fun;
final A? arg;
_Runnable({
required this.completer,
required this.fun,
this.arg,
});
}由于 Flutter 中的 future 不支持暫停操作, 一旦開始執(zhí)行, 就只能等待執(zhí)行完。
所以這里的任務(wù)隊列實現(xiàn)是基于方法的延遲調(diào)用來實現(xiàn)的。
TaskQueue 的用法示例如下:
void main() async {
Future<void> test1(String data) async {
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 20));
print('執(zhí)行了test1');
}
Future<String> test2(Map<String, dynamic> args) async {
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
print('執(zhí)行了test2');
return 'mockResult';
}
TaskQueue taskQueue = TaskQueue();
taskQueue.submit(test1, '1');
taskQueue.submit(test2, {
'data1': 1,
'data2': '2',
}).then((value) {
print('test2返回結(jié)果:${value}');
});
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 200));
taskQueue.recycle();
}
/*
執(zhí)行輸出結(jié)果如下:
執(zhí)行了test1
執(zhí)行了test2
test2返回結(jié)果:mockResult
*/值得注意的是: 這里的 TaskQueue 不支持 submit await submit, 原因及示例代碼已在注釋中說明，這里不再贅述。
為了避免出現(xiàn) submit await submit 的情況，我代碼注釋中也做出了建議（假設(shè)當(dāng)前類為 DBHelper）：
將數(shù)據(jù)庫的增、刪、查、改操作封裝成私有的異步方法, 且私有異步方法不能使用 submit；
DBHelper 的公有方法, 可以調(diào)用自己的私有異步方法, 但不能調(diào)用自己的公有異步方法, 公有異步方法可以使用 submit；
這樣就不會出現(xiàn) submit await submit 的情況了。
于是，上述的數(shù)據(jù)庫操作示例代碼就變成了以下的樣子：
class Item {
int id;
String data;
Item({
required this.id,
required this.data,
});
}
class DBTest {
DBTest._();
static DBTest instance = DBTest._();
TaskQueue _taskQueue = TaskQueue();
bool _existsData = false;
Future<void> _insert(String data) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫插入操作,10毫秒過后,數(shù)據(jù)庫才有數(shù)據(jù)
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
_existsData = true;
print('執(zhí)行了插入');
}
Future<void> insert(String data) async {
await _taskQueue.submit(_insert, data);
}
Future<void> _update(String data) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫更新操作
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
print('執(zhí)行了更新');
}
Future<void> update(String data) async {
await _taskQueue.submit(_update, data);
}
Future<Item?> _selected(int id) async {
// 模擬數(shù)據(jù)庫查詢操作
await Future.delayed(Duration(milliseconds: 10));
if (_existsData) {
// 數(shù)據(jù)庫中有數(shù)據(jù)才返回
return Item(id: 1, data: 'mockData');
} else {
// 數(shù)據(jù)庫沒有數(shù)據(jù)時,返回null
return null;
}
}
Future<Item?> selected(int id) async {
return await _taskQueue.submit(_selected, id);
}
/// 先從數(shù)據(jù)庫表中查詢數(shù)據(jù)，查詢到了就更新，沒查詢到就插入
Future<void> _insertOrUpdate(Map<String, dynamic> args) async {
int id = args['id'];
String data = args['data'];
Item? item = await _selected(id);
if (item == null) {
await _insert(data);
} else {
await _update(data);
}
}
Future<Item?> insertOrUpdate(int id, String data) async {
return await _taskQueue.submit(_insertOrUpdate, {
'id': id,
'data': data,
});
}
}
void main() async {
DBTest.instance.insertOrUpdate(1, 'data');
DBTest.instance.insertOrUpdate(1, 'data');
}輸出日志也變成了我們期望的樣子:
執(zhí)行了插入
執(zhí)行了更新
總結(jié)
Flutter 異步方法修改數(shù)據(jù)時, 一定要注意數(shù)據(jù)操作的原子性, 不能因為 Flutter 是單線程架構(gòu)，就忽略多個異步方法競爭導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的問題。
Flutter 保證數(shù)據(jù)操作的原子性，也有可行辦法，當(dāng)邏輯比較簡單時，可直接使用 Completer，當(dāng)邏輯比較復(fù)雜時，可以考慮使用任務(wù)隊列。
另外，本文中的任務(wù)隊列實現(xiàn)有很大的缺陷，不支持 submit await submit，否則整個任務(wù)隊列會被阻塞住。
到此這篇關(guān)于Flutter如何保證數(shù)據(jù)操作原子性的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Flutter數(shù)據(jù)操作原子性內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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