24 | HTTP网络编程与JSON解析

你好，我是陈航。

在上一篇文章中，我带你一起学习了Dart中异步与并发的机制及实现原理。与其他语言类似，Dart的异步是通过事件循环与队列实现的，我们可以使用Future来封装异步任务。而另一方面，尽管Dart是基于单线程模型的，但也提供了Isolate这样的“多线程”能力，这使得我们可以充分利用系统资源，在并发Isolate中搞定CPU密集型的任务，并通过消息机制通知主Isolate运行结果。

异步与并发的一个典型应用场景，就是网络编程。一个好的移动应用，不仅需要有良好的界面和易用的交互体验，也需要具备和外界进行信息交互的能力。而通过网络，信息隔离的客户端与服务端间可以建立一个双向的通信通道，从而实现资源访问、接口数据请求和提交、上传下载文件等操作。

为了便于我们快速实现基于网络通道的信息交换实时更新App数据，Flutter也提供了一系列的网络编程类库和工具。因此在今天的分享中，我会通过一些小例子与你讲述在Flutter应用中，如何实现与服务端的数据交互，以及如何将交互响应的数据格式化。

Http网络编程

我们在通过网络与服务端数据交互时，不可避免地需要用到三个概念：定位、传输与应用。

其中，定位，定义了如何准确地找到网络上的一台或者多台主机（即IP地址）；传输，则主要负责在找到主机后如何高效且可靠地进行数据通信（即TCP、UDP协议）；而应用，则负责识别双方通信的内容（即HTTP协议）。

我们在进行数据通信时，可以只使用传输层协议。但传输层传递的数据是二进制流，如果没有应用层，我们无法识别数据内容。如果想要使传输的数据有意义，则必须要用到应用层协议。移动应用通常使用HTTP协议作应用层协议，来封装HTTP信息。

在编程框架中，一次HTTP网络调用通常可以拆解为以下步骤：

创建网络调用实例client，设置通用请求行为（如超时时间）；
构造URI，设置请求header、body；
发起请求, 等待响应；
解码响应的内容。

当然，Flutter也不例外。在Flutter中，Http网络编程的实现方式主要分为三种：dart:io里的HttpClient实现、Dart原生http请求库实现、第三方库dio实现。接下来，我依次为你讲解这三种方式。

HttpClient

HttpClient是dart:io库中提供的网络请求类，实现了基本的网络编程功能。

接下来，我将和你分享一个实例，对照着上面提到的网络调用步骤，来演示HttpClient如何使用。

在下面的代码中，我们创建了一个HttpClien网络调用实例，设置了其超时时间为5秒。随后构造了Flutter官网的URI，并设置了请求Header的user-agent为Custom-UA。然后发起请求，等待Flutter官网响应。最后在收到响应后，打印出返回结果：

get() async {
      //创建网络调用示例，设置通用请求行为(超时时间)
      var httpClient = HttpClient();
      httpClient.idleTimeout = Duration(seconds: 5);
      
      //构造URI，设置user-agent为"Custom-UA"
      var uri = Uri.parse("https://flutter.dev");
      var request = await httpClient.getUrl(uri);
      request.headers.add("user-agent", "Custom-UA");
      
      //发起请求，等待响应
      var response = await request.close();
      
      //收到响应，打印结果
      if (response.statusCode == HttpStatus.ok) {
        print(await response.transform(utf8.decoder).join());
      } else {
        print('Error: \nHttp status ${response.statusCode}');
      }
    }

可以看到，使用HttpClient来发起网络调用还是相对比较简单的。

这里需要注意的是，由于网络请求是异步行为，因此在Flutter中，所有网络编程框架都是以Future作为异步请求的包装，所以我们需要使用await与async进行非阻塞的等待。当然，你也可以注册then，以回调的方式进行相应的事件处理。

http

HttpClient使用方式虽然简单，但其接口却暴露了不少内部实现细节。比如，异步调用拆分得过细，链接需要调用方主动关闭，请求结果是字符串但却需要手动解码等。

http是Dart官方提供的另一个网络请求类，相比于HttpClient，易用性提升了不少。同样，我们以一个例子来介绍http的使用方法。

首先，我们需要将http加入到pubspec中的依赖里：

dependencies:
      http: '>=0.11.3+12'

在下面的代码中，与HttpClient的例子类似的，我们也是先后构造了http网络调用实例和Flutter官网URI，在设置user-agent为Custom-UA后，发出请求，最后打印请求结果：

httpGet() async {
      //创建网络调用示例
      var client = http.Client();
    
      //构造URI
      var uri = Uri.parse("https://flutter.dev");
      
      //设置user-agent为"Custom-UA"，随后立即发出请求
      http.Response response = await client.get(uri, headers : {"user-agent" : "Custom-UA"});
    
      //打印请求结果
      if(response.statusCode == HttpStatus.ok) {
        print(response.body);
      } else {
        print("Error: ${response.statusCode}");
      }
    }

可以看到，相比于HttpClient，http的使用方式更加简单，仅需一次异步调用就可以实现基本的网络通信。

dio

HttpClient和http使用方式虽然简单，但其暴露的定制化能力都相对较弱，很多常用的功能都不支持（或者实现异常繁琐），比如取消请求、定制拦截器、Cookie管理等。因此对于复杂的网络请求行为，我推荐使用目前在Dart社区人气较高的第三方dio来发起网络请求。

接下来，我通过几个例子来和你介绍dio的使用方法。与http类似的，我们首先需要把dio加到pubspec中的依赖里：

dependencies:
      dio: '>2.1.3'

在下面的代码中，与前面HttpClient与http例子类似的，我们也是先后创建了dio网络调用实例、创建URI、设置Header、发出请求，最后等待请求结果：

void getRequest() async {
      //创建网络调用示例
      Dio dio = new Dio();
      
      //设置URI及请求user-agent后发起请求
      var response = await dio.get("https://flutter.dev", options:Options(headers: {"user-agent" : "Custom-UA"}));
      
     //打印请求结果
      if(response.statusCode == HttpStatus.ok) {
        print(response.data.toString());
      } else {
        print("Error: ${response.statusCode}");
      }
    }

这里需要注意的是，创建URI、设置Header及发出请求的行为，都是通过dio.get方法实现的。这个方法的options参数提供了精细化控制网络请求的能力，可以支持设置Header、超时时间、Cookie、请求方法等。这部分内容不是今天分享的重点，如果你想深入理解的话，可以访问其API文档学习具体使用方法。

对于常见的上传及下载文件需求，dio也提供了良好的支持：文件上传可以通过构建表单FormData实现，而文件下载则可以使用download方法搞定。

在下面的代码中，我们通过FormData创建了两个待上传的文件，通过post方法发送至服务端。download的使用方法则更为简单，我们直接在请求参数中，把待下载的文件地址和本地文件名提供给dio即可。如果我们需要感知下载进度，可以增加onReceiveProgress回调函数：

//使用FormData表单构建待上传文件
    FormData formData = FormData.from({
      "file1": UploadFileInfo(File("./file1.txt"), "file1.txt"),
      "file2": UploadFileInfo(File("./file2.txt"), "file1.txt"),
    
    });
    //通过post方法发送至服务端
    var responseY = await dio.post("https://xxx.com/upload", data: formData);
    print(responseY.toString());
    
    //使用download方法下载文件
    dio.download("https://xxx.com/file1", "xx1.zip");
    
    //增加下载进度回调函数
    dio.download("https://xxx.com/file1", "xx2.zip", onReceiveProgress: (count, total) {
    	//do something      
    });

有时，我们的页面由多个并行的请求响应结果构成，这就需要等待这些请求都返回后才能刷新界面。在dio中，我们可以结合Future.wait方法轻松实现：

//同时发起两个并行请求
    List<Response> responseX= await Future.wait([dio.get("https://flutter.dev"),dio.get("https://pub.dev/packages/dio")]);
    
    //打印请求1响应结果
    print("Response1: ${responseX[0].toString()}");
    //打印请求2响应结果
    print("Response2: ${responseX[1].toString()}");

此外，与Android的okHttp一样，dio还提供了请求拦截器，通过拦截器，我们可以在请求之前，或响应之后做一些特殊的操作。比如可以为请求option统一增加一个header，或是返回缓存数据，或是增加本地校验处理等等。

在下面的例子中，我们为dio增加了一个拦截器。在请求发送之前，不仅为每个请求头都加上了自定义的user-agent，还实现了基本的token认证信息检查功能。而对于本地已经缓存了请求uri资源的场景，我们可以直接返回缓存数据，避免再次下载：

//增加拦截器
    dio.interceptors.add(InterceptorsWrapper(
        onRequest: (RequestOptions options){
          //为每个请求头都增加user-agent
          options.headers["user-agent"] = "Custom-UA";
          //检查是否有token，没有则直接报错
          if(options.headers['token'] == null) {
            return dio.reject("Error:请先登录");
          } 
          //检查缓存是否有数据
          if(options.uri == Uri.parse('http://xxx.com/file1')) {
            return dio.resolve("返回缓存数据");
          }
          //放行请求
          return options;
        }
    ));
    
    //增加try catch，防止请求报错
    try {
      var response = await dio.get("https://xxx.com/xxx.zip");
      print(response.data.toString());
    }catch(e) {
      print(e);
    }

需要注意的是，由于网络通信期间有可能会出现异常（比如，域名无法解析、超时等），因此我们需要使用try-catch来捕获这些未知错误，防止程序出现异常。

除了这些基本的用法，dio还支持请求取消、设置代理，证书校验等功能。不过，这些高级特性不属于本次分享的重点，故不再赘述，详情可以参考dio的GitHub主页了解具体用法。

JSON解析

移动应用与Web服务器建立好了连接之后，接下来的两个重要工作分别是：服务器如何结构化地去描述返回的通信信息，以及移动应用如何解析这些格式化的信息。

如何结构化地描述返回的通信信息？

在如何结构化地去表达信息上，我们需要用到JSON。JSON是一种轻量级的、用于表达由属性值和字面量组成对象的数据交换语言。

一个简单的表示学生成绩的JSON结构，如下所示：

String jsonString = '''
    {
      "id":"123",
      "name":"张三",
      "score" : 95
    }
    ''';

需要注意的是，由于Flutter不支持运行时反射，因此并没有提供像Gson、Mantle这样自动解析JSON的库来降低解析成本。在Flutter中，JSON解析完全是手动的，开发者要做的事情多了一些，但使用起来倒也相对灵活。

接下来，我们就看看Flutter应用是如何解析这些格式化的信息。

如何解析格式化的信息？

所谓手动解析，是指使用dart:convert库中内置的JSON解码器，将JSON字符串解析成自定义对象的过程。使用这种方式，我们需要先将JSON字符串传递给JSON.decode方法解析成一个Map，然后把这个Map传给自定义的类，进行相关属性的赋值。

以上面表示学生成绩的JSON结构为例，我来和你演示手动解析的使用方法。

首先，我们根据JSON结构定义Student类，并创建一个工厂类，来处理Student类属性成员与JSON字典对象的值之间的映射关系：

class Student{
      //属性id，名字与成绩
      String id;
      String name;
      int score;
      //构造方法  
      Student({
        this.id,
        this.name,
        this.score
      });
      //JSON解析工厂类，使用字典数据为对象初始化赋值
      factory Student.fromJson(Map<String, dynamic> parsedJson){
        return Student(
            id: parsedJson['id'],
            name : parsedJson['name'],
            score : parsedJson ['score']
        );
      }
    }

数据解析类创建好了，剩下的事情就相对简单了，我们只需要把JSON文本通过JSON.decode方法转换成Map，然后把它交给Student的工厂类fromJson方法，即可完成Student对象的解析：

loadStudent() {
      //jsonString为JSON文本
      final jsonResponse = json.decode(jsonString);
      Student student = Student.fromJson(jsonResponse);
      print(student.name);
    }

在上面的例子中，JSON文本所有的属性都是基本类型，因此我们直接从JSON字典取出相应的元素为对象赋值即可。而如果JSON下面还有嵌套对象属性，比如下面的例子中，Student还有一个teacher的属性，我们又该如何解析呢？

String jsonString = '''
    {
      "id":"123",
      "name":"张三",
      "score" : 95,
      "teacher": {
        "name": "李四",
        "age" : 40
      }
    }
    ''';

这里，teacher不再是一个基本类型，而是一个对象。面对这种情况，我们需要为每一个非基本类型属性创建一个解析类。与Student类似，我们也需要为它的属性teacher创建一个解析类Teacher：

class Teacher {
      //Teacher的名字与年龄
      String name;
      int age;
      //构造方法
      Teacher({this.name,this.age});
      //JSON解析工厂类，使用字典数据为对象初始化赋值
      factory Teacher.fromJson(Map<String, dynamic> parsedJson){
        return Teacher(
            name : parsedJson['name'],
            age : parsedJson ['age']
        );
      }
    }

然后，我们只需要在Student类中，增加teacher属性及对应的JSON映射规则即可：

class Student{
      ...
      //增加teacher属性
      Teacher teacher;
      //构造函数增加teacher
      Student({
        ...
        this.teacher
      });
      factory Student.fromJson(Map<String, dynamic> parsedJson){
        return Student(
            ...
            //增加映射规则
            teacher: Teacher.fromJson(parsedJson ['teacher'])
        );
      }
    }

完成了teacher属性的映射规则添加之后，我们就可以继续使用Student来解析上述的JSON文本了：

final jsonResponse = json.decode(jsonString);//将字符串解码成Map对象
    Student student = Student.fromJson(jsonResponse);//手动解析
    print(student.teacher.name);

可以看到，通过这种方法，无论对象有多复杂的非基本类型属性，我们都可以创建对应的解析类进行处理。

不过到现在为止，我们的JSON数据解析还是在主Isolate中完成。如果JSON的数据格式比较复杂，数据量又大，这种解析方式可能会造成短期UI无法响应。对于这类CPU密集型的操作，我们可以使用上一篇文章中提到的compute函数，将解析工作放到新的Isolate中完成：

static Student parseStudent(String content) {
      final jsonResponse = json.decode(content);
      Student student = Student.fromJson(jsonResponse);
      return student;
    }
    doSth() {
     ...
     //用compute函数将json解析放到新Isolate
     compute(parseStudent,jsonString).then((student)=>print(student.teacher.name));
    }

通过compute的改造，我们就不用担心JSON解析时间过长阻塞UI响应了。

总结

好了，今天的分享就到这里了，我们简单回顾一下主要内容。

首先，我带你学习了实现Flutter应用与服务端通信的三种方式，即HttpClient、http与dio。其中dio提供的功能更为强大，可以支持请求拦截、文件上传下载、请求合并等高级能力。因此，我推荐你在实际项目中使用dio的方式。

然后，我和你分享了JSON解析的相关内容。JSON解析在Flutter中相对比较简单，但由于不支持反射，所以我们只能手动解析，即：先将JSON字符串转换成Map，然后再把这个Map给到自定义类，进行相关属性的赋值。

如果你有原生Android、iOS开发经验的话，可能会觉得Flutter提供的JSON手动解析方案并不好用。在Flutter中，没有像原生开发那样提供了Gson或Mantle等库，用于将JSON字符串直接转换为对应的实体类。而这些能力无一例外都需要用到运行时反射，这是Flutter从设计之初就不支持的，理由如下：

运行时反射破坏了类的封装性和安全性，会带来安全风险。就在前段时间，Fastjson框架就爆出了一个巨大的安全漏洞。这个漏洞使得精心构造的字符串文本，可以在反序列化时让服务器执行任意代码，直接导致业务机器被远程控制、内网渗透、窃取敏感信息等操作。
运行时反射会增加二进制文件大小。因为搞不清楚哪些代码可能会在运行时用到，因此使用反射后，会默认使用所有代码构建应用程序，这就导致编译器无法优化编译期间未使用的代码，应用安装包体积无法进一步压缩，这对于自带Dart虚拟机的Flutter应用程序是难以接受的。

反射给开发者编程带来了方便，但也带来了很多难以解决的新问题，因此Flutter并不支持反射。而我们要做的就是，老老实实地手动解析JSON吧。

我把今天分享所涉及到的知识点打包到了GitHub中，你可以下载下来，反复运行几次，加深理解与记忆。

思考题

最后，我给你留两道思考题吧。

请使用dio实现一个自定义拦截器，拦截器内检查header中的token：如果没有token，需要暂停本次请求，同时访问"<http://xxxx.com/token>"，在获取新token后继续本次请求。

为以下Student JSON写相应的解析类：

String jsonString = '''
      {
        "id":"123",
        "name":"张三",
        "score" : 95,
        "teachers": [
           {
             "name": "李四",
             "age" : 40
           },
           {
             "name": "王五",
             "age" : 45
           }
        ]
      }
      ''';

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大师兄