Flutter Zone异常处理方法及基本原理

目录

• 1. 认识Zone
• 1.1 ZoneValues
• 1.2 ZoneSpecification
• 1.3 通过runZoned快速创建Zone
• 2. 异步基本原理和异常捕获
• 3. HandleUncaughtErrorHandler

1. 认识Zone

Zone像一个沙盒，是我们代码执行的一个环境。

我们的main函数默认就运行在Root Zone当中。

子Zone的构造有点像Linux中的进程，它支持从当前的Zone中Fork出一个子Zone：

Zone myZone = Zone.current.fork(...)

对于Zone而言，它有两个构造函数：

• ZoneSpecification
• ZoneValues

ZoneSpecification：其实是Zone内部代码行为的一个提取，我们可以通过它来为Zone设置一些监听。

ZoneValues：Zone的变量，私有变量。

类似Linux 通过Fork创建的 myZone默认也具有源Zone的ZoneSpecification和ZoneValues。

1.1 ZoneValues

和Linux类似地，当Zone做Fork的时候，会将父Zone所持有的ZoneSpecification、ZoneValues会继承下来，可以直接使用。并且是支持追加的，secondZone在firstZone的基础之上，又追加了extra_values属性，不会因为secondZone的ZoneValues就导致name属性被替换掉。

Zone firstZone = Zone.current
    .fork(specification: zoneSpecification, zoneValues: {"name": "bob"});
Zone secondZone = firstZone.fork(zoneValues: {"extra_values": 12345});
secondZone.run(() {
  print(secondZone["name"]); // bob
  print(secondZone["extra_values"]); // 12345
}

我们可以使用Zone.current，访问当前的代码执行在哪一个Zone当中，默认情况下，代码执行在Root Zone当中，后续会根据需求分化出多个Zone，也可以使用Zone.root访问到RootZone的实例。

1.2 ZoneSpecification

和ZoneValues不同，ZoneValues支持追加不同的属性，而ZoneSpecification只支持重写，并且RootZone已经预设好了一系列的Zone中运行的规则，一旦我们重写了ZoneSpecification的一些方法回调，之前的一些功能可能会消失。

这种基于配置对象的扩展方法和基于继承的子类的重写是不一样的，该方法具有更强的扩展性，但是在类似于特性保留的机制上就明显不如继承来的方便，一旦重写某个方法，该方法原有的特性需要重新实现一遍，否则原有的功能会消失。

如果你只重写了其中的一个方法，那么其他方法不会被覆盖，依然采用默认配置。

ZoneSpecification的构造方法中，包含非常多的参数，其中绝大多数都是以回Callback形式出现，首先来看看run系列的方法：

RunHandler? run,
RunUnaryHandler? runUnary,
RunBinaryHandler? runBinary,

其实这三个方法的区别在于参数，我们看看RunHandler、RunUnaryHandler和RunBinaryHandler的具体定义：

typedef RunHandler = R Function<R>(
    Zone self, ZoneDelegate parent, Zone zone, R Function() f);​
typedef RunUnaryHandler = R Function<R, T>(
    Zone self, ZoneDelegate parent, Zone zone, R Function(T arg) f, T arg);​
typedef RunBinaryHandler = R Function<R, T1, T2>(Zone self, ZoneDelegate parent,
    Zone zone, R Function(T1 arg1, T2 arg2) f, T1 arg1, T2 arg2);

不难发现，三者除了固定的：self、parent、zone之外，区别就在于

UnaryHandler和BinaryHandler提供了分别提供了一个参数、两个参数的选项。这个参数的作用是提供给另外一个参数：f，类型是一个Function，显然它是我们调用Zone.run方法传进来的body参数，以RunHandler为例，我们对run做出如下的定义：

Zone secondZone = firstZone.fork(
    zoneValues: {"extra_values": 12345},
    specification: ZoneSpecification(
      run: <int>(self, parent, zone, f) {
        int output = f();
        return output;
      },
    ));

我们在外部调用secondZone.run(()=>...)时，就可以在run方法的开始、结尾做一些其他的事情了：

secondZone.run(body);// 执行
run: <int>(self, parent, zone, f) {
    // 1.
    print("before");
    int output = f();// 这里的f就是body，它是可执行的
    print("after");
    return output;
    // 2.
},

直觉告诉我，1/2之间的代码应该是在Second Zone中执行的，但是打印一下Zone.root，我们发现实际上是在Root Zone中执行的，二者的HashCode相同。

// 在body内部打印的
body internal Zone:195048515 //
Root Zone:195048515 //
first Zone:700091970
second Zone:707932504

大致上去跟了一下代码，发现默认的run方法的实现，被我们新编写的run参数覆盖掉了，所以会导致本该在secondZone中执行的body结果在Root Zone中执行。然后再run参数的注释里，发现了这么一段话：

Since the root zone is the only zone that can modify the value of [current], custom zones intercepting run should always delegate to their parent zone. They may take actions before and after the call.

大致上的意思是：

因为Root Zone是唯一能够修改Zone.current参数的Zone，所以自定义的Zone拦截run方法必须总是将方法交给它们的父Zone去代为处理。而run自己可以在run调用之前或者之后采取一些行动。

也就是说，我们不能直接return f();，而要把f()委托给parent来执行，像这样：

secondZone.run(body);// 执行
​
run: <int>(self, parent, zone, f) {
    // 1.这里执行在Root Zone
    print("before");
    Function output = parent.run(self, () {
      // 这里执行在second Zone
      return f();
    });
    print("after");
    return output;
    // 2.
},

委托之后，由Root Zone去做统一的调度、Zone的切换。这样，我们再去打印一下执行的Zone，发现正常了，secondZone.run方法（其实是被ZoneSpecification中的run指定的方法）的Zone仍然是Root Zone，而我们传递过去的任务被执行在了self之中，也就是SecondZone 当中，符合我们的预期：

current zone:692810917
body internal Zone:558922284
Root Zone:692810917
firstZone Zone:380051056
second Zone:558922284

额外地，可以牵出ZoneDelegate是做什么的，它允许子Zone，访问父Zone的一些方法，与此同时保留自己额外的一些行为：绿框表示额外的行为，当Zone A调用Zone B的run时，它通常执行在调用者的Zone当中，也就是ZoneA。

1.3 通过runZoned快速创建Zone

Dart提供了runZoned方法，支持Zone的快速创建：

R runZoned<R>(R body(),
    {Map<Object?, Object?>? zoneValues,
    ZoneSpecification? zoneSpecification,
    @Deprecated("Use runZonedGuarded instead") Function? onError}) {

其中body、zoneValues、zoneSpecification都是老熟人了，关键在于它对于run方法的处理：

/// Runs [body] in a new zone based on [zoneValues] and [specification].
R _runZoned<R>(R body(), Map<Object?, Object?>? zoneValues,
        ZoneSpecification? specification) =>
    Zone.current
        .fork(specification: specification, zoneValues: zoneValues)
        .run<R>(body);

如果我们不显式地传递一个ZoneSpecififation进来，fork时传进去的是null，自然不会导致Specification被我们重写，因此代码能按照Dart默认的实现方式，运行在一个新的、Fork出来的Zone当中（至少能看出不是Root Zone）：

runZoned(() {
  print("body internal Zone:" + Zone.current.hashCode.toString());
  print("Root Zone:" + Zone.root.hashCode.toString());
});
​
// 打印结果
body internal Zone:253994638
Root Zone:1004225004

但是如果你像之前手动fork一样，指定它的ZoneSpecification，又不把f委托给上层Zone处理，那么就会：

body internal Zone:44766141
Root Zone:44766141

2. 异步基本原理和异常捕获

默认大家已经知道什么事单线程模型，以及Future的执行机制了，Dart的单线程模型和事件循环机制。

来看看这段简单的代码：

void asyncFunction() {
  print('1');
  Future((){
    print('2');
  }).then((e) {
    print('3');
  });
  print('4');
}

大家都知道，这段代码的输出的顺序是：1423，它的大致流程是：

print 1
创建一个Future，并扔到Event Queue末尾
print 4
// 从Event Queue中取出，并执行下一个消息......
执行Future构造函数中的方法：->  print 2
print 2执行完成，即Future完成，回调它的then: ->  print 3

我们为他加上await和async，并稍作改造，写成async、await的同步形式，同时删掉4

void asyncFunction() async {
  print('1');
  await Future(() {
    print('2');
  })；
  print('3');
  print('4');
}

它的输出是：1234，他所做的是：

print 1；
创建一个Future@1，并扔到Event Queue末尾；
// 从Event Queue中取出，并执行下一个消息......
取出Future@1，立刻执行它构造中的方法: -> print 2；
并将之后的代码打包，重新放到Event Queue的末尾（这里一般会等待IO完成，之后就会去执行和这个回调）
执行完成之后，执行之后的代码：
print 3;
print 4;

今天我们不是讨论Async和Await的，就不再展开。

但是大家可以比较一下这两次调用，发现第二种和第一种相比，第二种调用的代码是会 “回来” 继续执行的，而第一种的Future创建不搭配await/async的就好比脱缰的野马，这种代码我们并不关心它的结果，自然也不要求代码在此await，执行起来就无法控制，但在Dart中我们也无法通过try/catch捕获异常。

关键点在于：async + await是会回到异步阻塞的代码处(await处)执行的。既然回来了，那么try/catch自然而然是能够继续监听是否有异常抛出的。

而第一种的Future，即使我们在外面包裹上了try/catch，而Future的代码却是在未来的某个时间内，在Event Queue的末尾的某个位置解包执行的，上下文和try/catch所在的代码并没什么关联，自然不能拦截到异常。我们可以从Stack Trace中看看这两种代码抛出异常时的执行栈：

左侧是一种方法的执行栈，throwExceptionFunction()项相关的栈帧已经消失了，异常自然没有办法通过throwExceptionFunction()中的try/catch进行捕获。

问题就出在这了， 对于这种错误我们是否有办法去捕获呢？

答案仍然还是是今天的主题 ： Zone。

3. HandleUncaughtErrorHandler

虽然异步代码的执行，可能会横跨多个Event，让代码前后的上下文失去联系，导致异常无法被正常捕获，但是它仍然在一个Zone之内。

就像仙剑奇侠传三中，李逍遥对景天说“邪剑仙（Exception）虽身处六界（Event）之外却是在道（Zone）之内”。

Zone提供了一些特殊的编程接口，让我们能够对当前这个Zone沙盒内的未捕获的异常进行集中处理。

它就是HandleUncaughtErrorHandler。作为ZoneSpecification的一个参数，它支持将Zone当中未被处理的错误统一归到这里进行处理（Dart和Java不一样，Dart的异常本身通常不会导致程序的退出），因此，常使用HandleUncaughtErrorHandler来做异常的统计、上报等等。

另外，因为Dart执行环境的单线程 + 事件队列机制本身，Dart的try/catch对于异步代码是无法处理的，如下的代码异常会穿透（或者说根本不经过）try/catch后抛出，会在控制台中留下红色的报错。

// Zone.run(()=>throwExceptionFunctino());
void throwExceptionFunction() {
  try {
    Future.delayed(const Duration(seconds: 1))
        .then((e) => throw("This is an Exception"));
  } catch (e) {
    print("an Exception has been Captured: ${e.toString()}");
  }
}

显然，异步的异常并没有被捕获：

Unhandled exception:
This is an Exception
#0      throwExceptionFunction.<anonymous closure> (file:///Users/rEd/IdeaProjects/dartProjs/zone/bin/zone.dart:140:22)
#1      _rootRunUnary (dart:async/zone.dart:1434:47)
#2      _CustomZone.runUnary (dart:async/zone.dart:1335:19)
<asynchronous suspension>

但是我们改成这样呢？

void throwExceptionFunction() async{
  try {
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1))
        .then((e) => throw ("This is an Exception"));
  } catch (e) {
    print("an Exception has been Captured: ${e.toString()}");
  }
}

我们对异步的方法throwExceptionFunction()加了await/async关键字。我们会发现异常，又能被捕获了：

an Exception has been Captured: This is an Exception
Process finished with exit code 0

其实上文已经提到了是异步时Dart代码上下文切换的原因，这里也不做过多的赘述了，我们像这样，将我们的App包裹在一个额外的Zone里面，并在它的HandleUncaughtErrorHandler相关方法做如下定义：

void main() {
  runZoned(() => runApp(const MyExceptionApp()),
      zoneSpecification: ZoneSpecification(
          // print: (self, parent, zone, line) {},
          handleUncaughtError: (Zone self, ZoneDelegate parent, Zone zone,
              Object error, StackTrace stackTrace) {
            // 同样将print代理给上层Zone，这样就可以在上层捕获到这些异常了。
            parent.print(self," ### \n $stackTrace \n ### ");
          }));
}

随便找个地方抛出个异常：

floatingActionButton: FloatingActionButton(
  onPressed: () => Future((){
    throw ("ERROR!");
  }),
),

我们可以发现，异常在此处被HandleUncaughtErrorHandler集中捕获了。

或者我们也可以使用runZoned自带的回调来处理，而不是去自己重写ZoneSpecification:

// runZonedGuarded替换runZoned
runZonedGuarded(() => runApp(const MyExceptionApp()),
    (Object error, StackTrace stack) {
  print('stack: $stack');
});

不过，我们去它内部看看，其实它还是HandleUncaughtErrorHandler实现的。

注意：如果重写了ZoneSpecification的run相关的方法，可能会导致当前的Zone无法捕获到异常，就像1.中所说的那样，基于配置类的重写将原有特性覆盖掉了，导致当前代码并不一定在我们直觉认为的Zone中执行。

这需要编写者自己去解决这个问题，所以，如果没有特殊的需求，一般不给Zone传递ZoneSpecification选项，如果要传递，需要去实现它，以保证相关的功能特性可用。

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