JavaScript異步與Promise實現
【引自熊建剛的博客】前言
如果你已經對JavaScript異步有一定了解，或者已經閱讀過本系列的其他兩篇文章，那請繼續閱讀下一小節，若你還有疑惑或者想了解JavaScript異步機制與編程，可以閱讀一遍這兩篇文章：
回調函數
回調函數，作為JavaScript異步編程的基本單元，非常常見，你肯定對下面這類代碼一點都不陌生：
- component.do('purchase', funcA);
- function funcA(args, callback) {
- //...
- setTimeout(function() {
- $.ajax(url, function(res) {
- if (res) {
- callback(res)
- } else {//...}
- });
- }, 300);
- funcB();
- setTimeout(function() {
- $.ajax(arg, function(res) {
- if (res) {
- callback(res);
- }
- });
- }, 400);
- }
上面這些代碼，一層一層，嵌套在一起，這種代碼通常稱為回調地獄，無論是可讀性，還是代碼順序，或者回調是否可信任，亦或是異常處理角度看，都是不盡人意的，下面做簡單闡述。
順序性
上文例子中代碼funcB函數，還有兩個定時器回調函數，回調內各自又有一個ajax異步請求然后在請求回調里面執行最外層傳入的回調函數，對于這類代碼，你是否能明確指出個回調的執行順序呢?如果funcB函數內還有異步任務呢?，情況又如何?
假如某一天，比如幾個月后，線上出了問題，我們需要跟蹤異步流，找出問題所在，而跟蹤這類異步流，不僅需要理清個異步任務執行順序，還需要在眾多回調函數中不斷地跳躍，調試(或許你還能記得諸如funcB這些函數的作用和實現)，無論是出于效率，可讀性，還是出于人性化，都不希望開開發者們再經歷這種痛苦。
信任問題
如上，我們調用了一個第三方支付組件的支付API，進行購買支付，正常情況發現一切運行良好，但是假如某一天，第三方組件出問題了，可能多次調用傳入的回調，也可能傳回錯誤的數據。說到底，這樣的回調嵌套，控制權在第三方，對于回調函數的調用方式、時間、次數、順序，回調函數參數，還有下一節將要介紹的異常和錯誤都是不可控的，因為無論如何，并不總能保證第三方是可信任的。
錯誤處理
關于JavaScript錯誤異常，初中級開發接觸的可能并不多，但是其實還是有很多可以學習實踐的地方，如前端異常監控系統的設計，開發和部署，并不是三言兩語能闡述的，之后會繼續推出相關文章。
錯誤堆棧
我們知道當JavaScript拋出錯誤或異常時，對于未捕獲異常，瀏覽器會默認在控制臺輸出錯誤堆棧信息，如下，當test未定義時：
- function init(name) {
- test(name)
- }
- init('jh');
輸出如圖：
如圖中自頂向下輸出紅色異常堆棧信息，Uncaught表示該異常未捕獲，ReferenceError表明該異常類型為引用異常，冒號后是異常的詳細信息：test is not defined，test未定義;后面以at起始的行就是該異常發生處的調用堆棧。第一行說明異常發生在init函數，第二行說明init函數的調用環境，此處在控制臺直接調用，即相當于在匿名函數環境內調用。
異步錯誤堆棧
上面例子是同步代碼執行的異常，當異常發生在異步任務內時，又會如何呢?，假如把上例中代碼放在一個setTimeout定時器內執行：
- function init(name) {
- test(name)
- }
- setTimeout(function A() {
- setTimeout(function() {
- init();
- }, 0);
- }, 0);
如圖：
可以看到，異步任務中的未捕獲異常，也會在控制臺輸出，但是setTimeout異步任務回調函數沒有出現在異常堆棧，為什么呢?這是因為當init函數執行時，setTimeout的異步回調函數不在執行棧內，而是通過事件隊列調用。
JavaScript錯誤處理
JavaScript的異常捕獲，主要有兩種方式：
- try{}catch(e){}主動捕獲異常;
如上，對于同步執行大代碼出現異常，try{}catch(e){}是可以捕獲的，那么異步錯誤呢?
如上圖，我們發現，異步回調中的異常無法被主動捕獲，由瀏覽器默認處理，輸出錯誤信息。
window.onerror事件處理器，所有未捕獲異常都會自動進入此事件回調
如上圖，輸出了script error錯誤信息，同時，你也許注意到了，控制臺依然打印出了錯誤堆棧信 息，或許你不希望用戶看到這么醒目的錯誤提醒，那么可以使window.onerror的回調返回true即可阻止瀏覽器的默認錯誤處理行為：
當然，一般不隨意設置window.onerror回調，因為程序通常可能需要部署前端異常監控系統，而通常就是使用window.onerror處理器實現全局異常監控，而該事件處理器只能注冊一個回調。
回調與Promise
以上我們談到的諸多關于回調的不足，都很常見，所以必須是需要解決的，而Promise正是一種很好的解決這些問題的方式，當然，現在已經提出了比Promise更先進的異步任務處理方式，但是目前更大范圍使用，兼容性更好的方式還是Promise，也是本篇要介紹的，之后會繼續介紹其他處理方式。
Promises/A+
分析了一大波問題后，我們知道Promise的目標是異步管理，那么Promise到底是什么呢?
- 異步，表示在將來某一時刻執行，那么Promise也必須可以表示一個將來值;
- 異步任務，可能成功也可能失敗，則Promise需要能完成事件，標記其狀態值(這個過程即決議-resolve，下文將詳細介紹);
- 可能存在多重異步任務，即異步任務回調中有異步任務，所以Promise還需要支持可重復使用，添加異步任務(表現為順序鏈式調用，注冊異步任務，這些異步任務將按注冊的順序執行)。
所以，Promise是一種封裝未來值的易于復用的異步任務管理機制。
為了更好的理解Promise，我們介紹一下Promises/A+，一個公開的可操作的Promises實現標準。先介紹標準規范，再去分析具體實現，更有益于理解。
Promise代表一個異步計算的最終結果。使用promise最基礎的方式是使用它的then方法，該方法會注冊兩個回調函數，一個接收promise完成的最終值，一個接收promise被拒絕的原因。
Promises/A
你可能還會想問Promises/A是什么，和Promises/A+有什么區別。Promises/A+在Promises/A議案的基礎上，更清晰闡述了一些準則，拓展覆蓋了一些事實上的行為規范，同時刪除了一些不足或者有問題的部分。
Promises/A+規范目前只關注如何提供一個可操作的then方法，而關于如何創建，決議promises是日后的工作。
術語
- promise: 指一個擁有符合規范的then方法的對象;
- thenable: 指一個定義了then方法的對象;
- 決議(resolve): 改變一個promise等待狀態至已完成或被拒絕狀態， 一旦決議，不再可變;
- 值(value): 一個任意合法的JavaScript值，包括undefined,thenable對象，promise對象;
- exception/error: JavaScript引擎拋出的異常/錯誤
- 拒絕原因(reject reason): 一個promise被拒絕的原因
Promise狀態
一個promise只可能處于三種狀態之一：
- 等待(pending)：初始狀態;
- 已完成(fulfilled)：操作成功完成;
- 被拒絕(rejected)：操作失敗;
這三個狀態變更關系需滿足以下三個條件：
- 處于等待(pending)狀態時，可以轉變為已完成(fulfilled)或者被拒絕狀態(rejected);
- 處于已完成狀態時，狀態不可變，且需要有一個最終值;
- 處于被拒絕狀態時，狀態不可變，且需要有一個拒絕原因。
then方法
一個promise必須提供一個then方法，以供訪問其當前狀態，或最終值或拒絕原因。
參數
該方法接收兩個參數，如promise.then(onFulfilled, onRejected):
- 兩個參數均為可選，均有默認值，若不傳入，則會使用默認值;
- 兩個參數必須是函數，否則會被忽略，使用默認函數;
- onFulfilled: 在promise已完成后調用且僅調用一次該方法，該方法接受promise最終值作參數;
- onRejected: 在promise被拒絕后調用且僅調用一次該方法，該方法接受promise拒絕原因作參數;
- 兩個函數都是異步事件的回調，符合JavaScript事件循環處理流程
返回值
該方法必須返回一個promise:
- var promise2 = promise1.then(onFulfilled, onRejected);
- // promise2依然是一個promise對象
決議過程(resolution)
決議是一個抽象操作過程，該操作接受兩個輸入：一個promise和一個值，可以記為;[[resolve]](promise, x)，如果x是一個thenable對象，則嘗試讓promise參數使用x的狀態值;否則，將使用x值完成傳入的promise，決議過程規則如下：
1.如果promise和x引用自同一對象，則使用一個TypeError原因拒絕此promise;
2.x為Promise，則promise直接使用x的狀態;
3.x為對象或函數：
- 獲取一個x.then的引用;
- 若獲取x.then時拋出異常e，使用該e作為原因拒絕promise;
- 否則將該引用賦值給then;
- 若then是一個函數，就調用該函數，其作用域為x，并傳遞兩個回調函數參數，第一個是resolvePromise,第二個是rejectPromise：
- 若調用了resolvePromise(y)，則執行resolve(promise, y);
- 若調用了rejectPrtomise(r)，則使用原因r拒絕promise;
- 若多次調用，只會執行第一次調用流程，后續調用將被忽略;
- 若調用then拋出異常e，則：
- 若promise已決議，即調用了resolvePromise或rejectPrtomise，則忽略此異常;
- 否則，使用原因e拒絕promise;
5.若then不是函數，則使用x值完成promise;
4.若x不是對象或函數，則使用x完成promise。
自然，以上規則可能存在遞歸循環調用的情況，如一個promsie被一個循環的thenable對象鏈決議，此時自然是不行的，所以規范建議進行檢測，是否存在遞歸調用，若存在，則以原因TypeError拒絕promise。
Promise
在ES6中，JavaScript已支持Promise，一些主流瀏覽器也已支持該Promise功能，如Chrome，先來看一個Promsie使用實例：
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(function() {
- resolve('完成');
- }, 10);
- });
- promise.then((msg) => {
- console.log('first messaeg: ' + msg);
- })
- promise.then((msg) => {
- console.log('second messaeg: ' + msg);
- });
輸出如下：
構造器
創建promise語法如下：
- new Promise(function(resolve, reject) {});
- 參數
一個函數，該函數接受兩個參數：resolve函數和reject函數;當實例化Promise構造函數時，將立即調用該函數，隨后返回一個Promise對象。通常，實例化時，會初始一個異步任務，在異步任務完成或失敗時，調用resolve或reject函數來完成或拒絕返回的Promise對象。另外需要注意的是，若傳入的函數執行拋出異常，那么這個promsie將被拒絕。
靜態方法
Promise.all(iterable)
all方法接受一個或多個promsie(以數組方式傳遞)，返回一個新promise，該promise狀態取決于傳入的參數中的所有promsie的狀態：
- 當所有promise都完成是，返回的promise完成，其最終值為由所有完成promsie的最終值組成的數組;
- 當某一promise被拒絕時，則返回的promise被拒絕，其拒絕原因為第一個被拒絕promise的拒絕原因;
- var p1 = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(function(){
- console.log('p1決議');
- resolve('p1');
- }, 10);
- });
- var p2 = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(function(){
- console.log('p2決議');
- resolve('p2');
- }, 10);
- });
- Promise.all( [p1, p2] )
- .then((msgs) => {
- // p1和p2完成并傳入最終值
- console.log(JSON.stringify(msgs));
- })
- .then((msg) => {
- console.log( msg );
- });
輸出如下：
Promise.race(iterable)
race方法返回一個promise,只要傳入的諸多promise中的某一個完成或被拒絕，則該promise同樣完成或被拒絕，最終值或拒絕原因也與之相同。
Promise.resolve(x)
resolve方法返回一個已決議的Promsie對象:
- 若x是一個promise或thenable對象，則返回的promise對象狀態同x;
- 若x不是對象或函數，則返回的promise對象以該值為完成最終值;
- 否則，詳細過程依然按前文Promsies/A+規范中提到的規則進行。
該方法遵循Promise/A+決議規范。
Promsie.reject(reason)
返回一個使用傳入的原因拒絕的Promise對象。
實例方法
Promise.prototype.then(onFulfilled, onRejected)
該方法為promsie添加完成或拒絕處理器，將返回一個新的promise，該新promise接受傳入的處理器調用后的返回值進行決議;若promise未被處理，如傳入的處理器不是函數，則新promise維持原來promise的狀態。
我們通過兩個例子介紹then方法，首先看第一個實例：
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(function() {
- resolve('完成');
- }, 10);
- });
- promise.then((msg) => {
- console.log('first messaeg: ' + msg);
- }).then((msg) => {
- console.log('second messaeg: ' + msg);
- });
輸出如下：
輸出兩行信息：我們發現第二個then方法接收到的最終值是undefined，為什么呢?看看第一個then方法調用后返回的promise狀態如下：
如上圖，發現調用第一個then方法后，返回promise最終值為undefined，傳遞給第二個then的回調，如果把上面的例子稍加改動：
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(function() {
- resolve('完成');
- }, 10);
- });
- promise.then((msg) => {
- console.log('first messaeg: ' + msg);
- return msg + '第二次';
- }).then((msg) => {
- console.log('second messaeg: ' + msg);
- });
輸出如下：
這次兩個then方法的回調都接收到了最終值，正如我們前文所說，'then'方法返回一個新promise，并且該新promise根據其傳入的回調執行的返回值，進行決議，而函數未明確return返回值時，默認返回的是undefined，這也是上面實例第二個then方法的回調接收undefined參數的原因。
這里使用了鏈式調用，我們需要明確：共產生三個promise，初始promise，兩個then方法分別返回一個promise;而第一個then方法返回的新promise是第二個then方法的主體，而不是初始promise。
Promise.prototype.catch(onRejected)
該方法為promise添加拒絕回調函數，將返回一個新promise，該新promise根據回調函數執行的返回值進行決議;若promise決議為完成狀態，則新promise根據其最終值進行決議。
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(() => {
- reject('failed');
- }, 0);
- });
- var promise2 = promise.catch((reason) => {
- console.log(reason);
- return 'successed';
- });
- var promise3 = promise.catch((reason) => {
- console.log(reason);
- });
- var promise4 = promise.catch((reason) => {
- console.log(reason);
- throw 'failed 2';
- });
輸出如下圖：
如圖中所輸出內容，我們需要明白以下幾點：
- catch會為promise注冊拒絕回調函數，一旦異步操作結束，調用了reject回調函數，則依次執行注冊的拒絕回調;
- 另外有一點和then方法相似，catch方法返回的新promise將使用其回調函數執行的返回值進行決議，如promise2,promise3狀態均為完成(resolved)，但是promise3最終值為undefined，而promise2最終值為successed，這是因為在調用promise.catch方法時，傳入的回調沒有顯式的設置返回值;
- 對于promise4，由于調用catch方法時，回調中throw拋出異常，所以promise4狀態為拒絕(rejected)，拒絕原因為拋出的異常;
- 特別需要注意的是這里一共有四個promise，一旦決議，它們之間都是獨立的，我們需要明白無論是then方法，還是catch方法，都會返回一個新promise，此新promise與初始promise相互獨立。
catch方法和then方法的第二個參數一樣，都是為promise注冊拒絕回調。
鏈式調用
和jQuery的鏈式調用一樣，Promise設計也支持鏈式調用，上一步的返回值作為下一步方法調用的主體：
- new Promise((resolve, reject) => {
- setTimeout(()=>{
- resolve('success');
- },0);
- }).then((msg) => {
- return 'second success';
- }).then((msg) => {
- console.log(msg);
- });
最后輸出：second success，初始化promise作為主體調用第一個then方法，返回完成狀態的新promise其最終值為second success，然后該新promise作為主體調用第二個then方法，該方法返回第三個promise，而且該promise最終值為undefined，若不清楚為什么，請回到關于Promise.prototype.then和Promise.prototype.catch的介紹。
錯誤處理
我們前文提到了JavaScript異步回調中的異常是難以處理的，而Promise對異步異常和錯誤的處理是比較方便的：
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- test(); // 拋出異常
- resolve('success'); // 被忽略
- });
- console.log(promise);
- promise.catch((reason) => {
- console.log(reason);
- });
輸出如圖，執行test拋出異常，導致promise被拒絕，拒絕原因即拋出的異常，然后執行catch方法注冊的拒絕回調：
決議，完成與拒絕
目前為止，關于Promise是什么，我們應該有了一定的認識，這里，需要再次說明的是Promise的三個重要概念及其關系：決議(resolve),完成(fulfill),拒絕(reject)。
- 完成與拒絕是Promise可能處于的兩種狀態;
- 決議是一個過程，是Promise由等待狀態變更為完成或拒絕狀態的一個過程;
- 靜態方法Promise.resolve描述的就是一個決議過程，而Promise構造函數，傳入的回調函數的兩個參數：resolve和reject，一個是完成函數，一個是拒絕函數，這里令人疑惑的是為什么這里依然使用resolve而不是fulfill，我們通過一個例子解釋這個問題:
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- resolve(Promise.reject('failed'));
- });
- promise.then((msg) => {
- console.log('完成：' + msg);
- }, (reason) => {
- console.log('拒絕：' + reason);
- });
輸出如圖：
上例中，在創建一個Promise時，給resolve函數傳遞的是一個拒絕Promise，此時我們發現promise狀態是rejected，所以這里第一個參數函數執行，完成的是一個更接近決議的過程(可以參考前文講述的決議過程)，所以命名為resolve是更合理的;而第二個參數函數，則只是拒絕該promise:
- var promise = new Promise((resolve, reject) => {
- reject(Promise.resolve('success'));
- });
- promise.then((msg) => {
- console.log('完成：' + msg);
- }, (reason) => {
- console.log('拒絕：' + reason);
- });
reject函數并不會處理參數，而只是直接將其當做拒絕原因拒絕promise。
Promise實現
Promise是什么，怎么樣使用就介紹到此，另外一個問題是面試過程中經常也會被提及的：如何實現一個Promise，當然，限于篇幅，我們這里只講思路，不會長篇大論。
構造函數
首先創建一個構造函數，供實例化創建promise，該構造函數接受一個函數參數，實例化時，會立即調用該函數，然后返回一個Promise對象:
- var MyPromise = (() => {
- var value = undefined; // 當前Promise
- var tasks = []; // 完成回調隊列
- var rejectTasks = []; // 拒絕回調隊列
- var state = 'pending'; // Promise初始為等待態
- // 輔助函數，使異步回調下一輪事件循環執行
- var nextTick = (callback) => {
- setTimeout(callback, 0);
- };
- // 輔助函數，傳遞Promsie的狀態值
- var ref = (value) => {
- if (value && typeof value.then === 'function') {
- // 若狀態值為thenable對象或Promise，直接返回
- return value;
- }
- // 否則，將最終值傳遞給下一個then方法注冊的回調函數
- return {
- then: function(callback) {
- return ref(callback(value));
- }
- }
- };
- var resolve = (val) => {};
- var reject = (reason) => {};
- function MyPromise(func) {
- func(resolve.bind(this), reject.bind(this));
- }
- return MyPromise;
- });
靜態方法
在實例化創建Promise時，我們會將構造函數的兩個靜態方法：resolve和reject傳入初始函數，接下來需要實現這兩個函數：
- var resolve = (val) => {
- if (tasks) {
- value = ref(val);
- state = 'resolved'; // 將狀態標記為已完成
- // 依次執行任務回調
- tasks.forEach((task) => {
- value = nextTick((val) => {task[0](self.value);});
- });
- tasks = undefined; // 決議后狀態不可變
- return this;
- }
- };
- var reject = (reason) => {
- if (tasks) {
- value = ref(reason);
- state = 'rejected'; // 將狀態標記為已完成
- // 依次執行任務回調
- tasks.forEach((task) => {
- nextTick((reason) => {task[1](value);});
- });
- tasks = undefined; // 決議后狀態不可變
- return this;
- }
- };
還有另外兩個靜態方法，原理還是一樣，就不細說了。
實例方法
目前構造函數，和靜態方法完成和拒絕Promise都已經實現，接下來需要考慮的是Promise的實例方法和鏈式調用：
- MyPromise.prototype.then = (onFulfilled, onRejected) => {
- onFulfilled = onFulfilled || function(value) {
- // 默認的完成回調
- return value;
- };
- onRejected = onRejected || function(reason) {
- // 默認的拒絕回調
- return reject(reason);
- };
- if (tasks) {
- // 未決議時加入隊列
- tasks.push(onFulfilled);
- rejectTasks.push(onRejected);
- } else {
- // 已決議，直接加入事件循環執行
- nextTick(() => {
- if (state === 'resolved') {
- value.then(onFulfilled);
- } else if (state === 'rejected') {
- value.then(onRejected);
- }
- });
- }
- return this;
- };
實例
以上可以簡單實現Promise部分異步管理功能：
- var promise = new MyPromise((resolve, reject) => {
- setTimeout(() => {
- resolve('完成');
- }, 0);
- });
- promise.then((msg) => {console.log(msg);});
本篇由回調函數起，介紹了回調處理異步任務的常見問題，然后介紹Promises/A+規范及Promise使用，最后就Promise實現做了簡單闡述(之后有機會會詳細實現一個Promise)，花費一周終于把基本知識點介紹完，下一篇將介紹JavaScript異步與生成器實現。
參考
