JS異步編程六種方案
前言
我們知道Javascript語言的執行環境是"單線程"。也就是指一次只能完成一件任務。如果有多個任務，就必須排隊，前面一個任務完成，再執行后面一個任務。
這種模式雖然實現起來比較簡單，執行環境相對單純，但是只要有一個任務耗時很長，后面的任務都必須排隊等著，會拖延整個程序的執行。常見的瀏覽器無響應（假死），往往就是因為某一段Javascript代碼長時間運行（比如死循環），導致整個頁面卡在這個地方，其他任務無法執行。
為了解決這個問題，Javascript語言將任務的執行模式分成兩種：同步和異步。本文主要介紹異步編程幾種辦法，并通過比較，得到***異步編程的解決方案！
一、同步與異步
我們可以通俗理解為異步就是一個任務分成兩段，先執行***段，然后轉而執行其他任務，等做好了準備，再回過頭執行第二段。排在異步任務后面的代碼，不用等待異步任務結束會馬上運行，也就是說，異步任務不具有”堵塞“效應。比如，有一個任務是讀取文件進行處理，異步的執行過程就是下面這樣
這種不連續的執行，就叫做異步。相應地，連續的執行，就叫做同步
"異步模式"非常重要。在瀏覽器端，耗時很長的操作都應該異步執行，避免瀏覽器失去響應，***的例子就是Ajax操作。在服務器端，"異步模式"甚至是唯一的模式，因為執行環境是單線程的，如果允許同步執行所有http請求，服務器性能會急劇下降，很快就會失去響應。接下來介紹下異步編程六種方法。
二、回調函數（Callback）
回調函數是異步操作最基本的方法。以下代碼就是一個回調函數的例子：
- ajax(url, () => {
- // 處理邏輯
- })
但是回調函數有一個致命的弱點，就是容易寫出回調地獄（Callback hell）。假設多個請求存在依賴性，你可能就會寫出如下代碼：
- ajax(url, () => {
- // 處理邏輯
- ajax(url1, () => {
- // 處理邏輯
- ajax(url2, () => {
- // 處理邏輯
- })
- })
- })
回調函數的優點是簡單、容易理解和實現，缺點是不利于代碼的閱讀和維護，各個部分之間高度耦合，使得程序結構混亂、流程難以追蹤（尤其是多個回調函數嵌套的情況），而且每個任務只能指定一個回調函數。此外它不能使用 try catch 捕獲錯誤，不能直接 return。
三、事件監聽
這種方式下，異步任務的執行不取決于代碼的順序，而取決于某個事件是否發生。
下面是兩個函數f1和f2，編程的意圖是f2必須等到f1執行完成，才能執行。首先，為f1綁定一個事件（這里采用的jQuery的寫法）
- f1.on('done', f2);
上面這行代碼的意思是，當f1發生done事件，就執行f2。然后，對f1進行改寫：
- function f1() {
- setTimeout(function () {
- // ...
- f1.trigger('done');
- }, 1000);
- }
上面代碼中，f1.trigger('done')表示，執行完成后，立即觸發done事件，從而開始執行f2。
這種方法的優點是比較容易理解，可以綁定多個事件，每個事件可以指定多個回調函數，而且可以"去耦合"，有利于實現模塊化。缺點是整個程序都要變成事件驅動型，運行流程會變得很不清晰。閱讀代碼的時候，很難看出主流程。
四、發布訂閱
我們假定，存在一個"信號中心"，某個任務執行完成，就向信號中心"發布"（publish）一個信號，其他任務可以向信號中心"訂閱"（subscribe）這個信號，從而知道什么時候自己可以開始執行。這就叫做"發布/訂閱模式"（publish-subscribe pattern），又稱"觀察者模式"（observer pattern）。
首先，f2向信號中心jQuery訂閱done信號。
- jQuery.subscribe('done', f2);
然后，f1進行如下改寫：
- function f1() {
- setTimeout(function () {
- // ...
- jQuery.publish('done');
- }, 1000);
- }
上面代碼中，jQuery.publish('done')的意思是，f1執行完成后，向信號中心jQuery發布done信號，從而引發f2的執行。
f2完成執行后，可以取消訂閱（unsubscribe）
- jQuery.unsubscribe('done', f2);
這種方法的性質與“事件監聽”類似，但是明顯優于后者。因為可以通過查看“消息中心”，了解存在多少信號、每個信號有多少訂閱者，從而監控程序的運行。
五、Promise/A+
Promise本意是承諾，在程序中的意思就是承諾我過一段時間后會給你一個結果。 什么時候會用到過一段時間？答案是異步操作，異步是指可能比較長時間才有結果的才做，例如網絡請求、讀取本地文件等
1.Promise的三種狀態
- Pending----Promise對象實例創建時候的初始狀態
- Fulfilled----可以理解為成功的狀態
- Rejected----可以理解為失敗的狀態
這個承諾一旦從等待狀態變成為其他狀態就永遠不能更改狀態了，比如說一旦狀態變為 resolved 后，就不能再次改變為Fulfilled
- let p = new Promise((resolve, reject) => {
- reject('reject')
- resolve('success')//無效代碼不會執行
- })
- p.then(
- value => {
- console.log(value)
- },
- reason => {
- console.log(reason)//reject
- }
- )
當我們在構造 Promise 的時候，構造函數內部的代碼是立即執行的
- new Promise((resolve, reject) => {
- console.log('new Promise')
- resolve('success')
- })
- console.log('end')
- // new Promise => end
2.promise的鏈式調用
- 每次調用返回的都是一個新的Promise實例(這就是then可用鏈式調用的原因)
- 如果then中返回的是一個結果的話會把這個結果傳遞下一次then中的成功回調
- 如果then中出現異常,會走下一個then的失敗回調
- 在 then中使用了return，那么 return 的值會被Promise.resolve() 包裝(見例1，2)
- then中可以不傳遞參數，如果不傳遞會透到下一個then中(見例3)
- catch 會捕獲到沒有捕獲的異常
接下來我們看幾個例子：
- // 例1
- Promise.resolve(1)
- .then(res => {
- console.log(res)
- return 2 //包裝成 Promise.resolve(2)
- })
- .catch(err => 3)
- .then(res => console.log(res))
- // 例2
- Promise.resolve(1)
- .then(x => x + 1)
- .then(x => {
- throw new Error('My Error')
- })
- .catch(() => 1)
- .then(x => x + 1)
- .then(x => console.log(x)) //2
- .catch(console.error)
- // 例3
- let fs = require('fs')
- function read(url) {
- return new Promise((resolve, reject) => {
- fs.readFile(url, 'utf8', (err, data) => {
- if (err) reject(err)
- resolve(data)
- })
- })
- }
- read('./name.txt')
- .then(function(data) {
- throw new Error() //then中出現異常,會走下一個then的失敗回調
- }) //由于下一個then沒有失敗回調，就會繼續往下找，如果都沒有，就會被catch捕獲到
- .then(function(data) {
- console.log('data')
- })
- .then()
- .then(null, function(err) {
- console.log('then', err)// then error
- })
- .catch(function(err) {
- console.log('error')
- })
Promise不僅能夠捕獲錯誤，而且也很好地解決了回調地獄的問題，可以把之前的回調地獄例子改寫為如下代碼：
- ajax(url)
- .then(res => {
- console.log(res)
- return ajax(url1)
- }).then(res => {
- console.log(res)
- return ajax(url2)
- }).then(res => console.log(res))
它也是存在一些缺點的，比如無法取消 Promise，錯誤需要通過回調函數捕獲。
六、生成器Generators/ yield
Generator 函數是 ES6 提供的一種異步編程解決方案，語法行為與傳統函數完全不同，Generator ***的特點就是可以控制函數的執行。
- 語法上，首先可以把它理解成，Generator 函數是一個狀態機，封裝了多個內部狀態。
- Generator 函數除了狀態機，還是一個遍歷器對象生成函數。
- 可暫停函數, yield可暫停，next方法可啟動，每次返回的是yield后的表達式結果。
- yield表達式本身沒有返回值，或者說總是返回undefined。next方法可以帶一個參數，該參數就會被當作上一個yield表達式的返回值。
我們先來看個例子：
- function *foo(x) {
- let y = 2 * (yield (x + 1))
- let z = yield (y / 3)
- return (x + y + z)
- }
- let it = foo(5)
- console.log(it.next()) // => {value: 6, done: false}
- console.log(it.next(12)) // => {value: 8, done: false}
- console.log(it.next(13)) // => {value: 42, done: true}
可能結果跟你想象不一致，接下來我們逐行代碼分析：
- 首先 Generator 函數調用和普通函數不同，它會返回一個迭代器
- 當執行***次 next 時，傳參會被忽略，并且函數暫停在 yield (x + 1) 處，所以返回 5 + 1 = 6
- 當執行第二次 next 時，傳入的參數12就會被當作上一個yield表達式的返回值，如果你不傳參，yield 永遠返回 undefined。此時 let y = 2 12，所以第二個 yield 等于 2 12 / 3 = 8
- 當執行第三次 next 時，傳入的參數13就會被當作上一個yield表達式的返回值，所以 z = 13, x = 5, y = 24，相加等于 42
我們再來看個例子：有三個本地文件，分別1.txt,2.txt和3.txt，內容都只有一句話，下一個請求依賴上一個請求的結果，想通過Generator函數依次調用三個文件
- //1.txt文件
- 2.txt
- //2.txt文件
- 3.txt
- //3.txt文件
- 結束
- let fs = require('fs')
- function read(file) {
- return new Promise(function(resolve, reject) {
- fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
- if (err) reject(err)
- resolve(data)
- })
- })
- }
- function* r() {
- let r1 = yield read('./1.txt')
- let r2 = yield read(r1)
- let r3 = yield read(r2)
- console.log(r1)
- console.log(r2)
- console.log(r3)
- }
- let it = r()
- let { value, done } = it.next()
- value.then(function(data) { // value是個promise
- console.log(data) //data=>2.txt
- let { value, done } = it.next(data)
- value.then(function(data) {
- console.log(data) //data=>3.txt
- let { value, done } = it.next(data)
- value.then(function(data) {
- console.log(data) //data=>結束
- })
- })
- })
- // 2.txt=>3.txt=>結束
從上例中我們看出手動迭代Generator 函數很麻煩，實現邏輯有點繞，而實際開發一般會配合 co 庫去使用。co是一個為Node.js和瀏覽器打造的基于生成器的流程控制工具，借助于Promise，你可以使用更加優雅的方式編寫非阻塞代碼。
安裝co庫只需：npm install co
上面例子只需兩句話就可以輕松實現
- function* r() {
- let r1 = yield read('./1.txt')
- let r2 = yield read(r1)
- let r3 = yield read(r2)
- console.log(r1)
- console.log(r2)
- console.log(r3)
- }
- let co = require('co')
- co(r()).then(function(data) {
- console.log(data)
- })
- // 2.txt=>3.txt=>結束=>undefined
我們可以通過 Generator 函數解決回調地獄的問題，可以把之前的回調地獄例子改寫為如下代碼：
- function *fetch() {
- yield ajax(url, () => {})
- yield ajax(url1, () => {})
- yield ajax(url2, () => {})
- }
- let it = fetch()
- let result1 = it.next()
- let result2 = it.next()
- let result3 = it.next()
七、async/await
1.Async/Await簡介
使用async/await，你可以輕松地達成之前使用生成器和co函數所做到的工作,它有如下特點：
- async/await是基于Promise實現的，它不能用于普通的回調函數。
- async/await與Promise一樣，是非阻塞的。
- async/await使得異步代碼看起來像同步代碼，這正是它的魔力所在。
一個函數如果加上 async ，那么該函數就會返回一個 Promise
- async function async1() {
- return "1"
- }
- console.log(async1()) // -> Promise {<resolved>: "1"}
Generator函數依次調用三個文件那個例子用async/await寫法，只需幾句話便可實現
- let fs = require('fs')
- function read(file) {
- return new Promise(function(resolve, reject) {
- fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
- if (err) reject(err)
- resolve(data)
- })
- })
- }
- async function readResult(params) {
- try {
- let p1 = await read(params, 'utf8')//await后面跟的是一個Promise實例
- let p2 = await read(p1, 'utf8')
- let p3 = await read(p2, 'utf8')
- console.log('p1', p1)
- console.log('p2', p2)
- console.log('p3', p3)
- return p3
- } catch (error) {
- console.log(error)
- }
- }
- readResult('1.txt').then( // async函數返回的也是個promise
- data => {
- console.log(data)
- },
- err => console.log(err)
- )
- // p1 2.txt
- // p2 3.txt
- // p3 結束
- // 結束
2.Async/Await并發請求
如果請求兩個文件，毫無關系，可以通過并發請求
- let fs = require('fs')
- function read(file) {
- return new Promise(function(resolve, reject) {
- fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
- if (err) reject(err)
- resolve(data)
- })
- })
- }
- function readAll() {
- read1()
- read2()//這個函數同步執行
- }
- async function read1() {
- let r = await read('1.txt','utf8')
- console.log(r)
- }
- async function read2() {
- let r = await read('2.txt','utf8')
- console.log(r)
- }
- readAll() // 2.txt 3.txt
八、總結
1.JS 異步編程進化史：callback -> promise -> generator -> async + await
2.async/await 函數的實現，就是將 Generator 函數和自動執行器，包裝在一個函數里。
3.async/await可以說是異步***解決方案了。
(1) async/await函數相對于Promise，優勢體現在：
- 處理 then 的調用鏈，能夠更清晰準確的寫出代碼
- 并且也能優雅地解決回調地獄問題。
當然async/await函數也存在一些缺點，因為 await 將異步代碼改造成了同步代碼，如果多個異步代碼沒有依賴性卻使用了 await 會導致性能上的降低，代碼沒有依賴性的話，完全可以使用 Promise.all 的方式。
(2) async/await函數對 Generator 函數的改進，體現在以下三點：
- 內置執行器。
Generator 函數的執行必須靠執行器，所以才有了 co 函數庫，而 async 函數自帶執行器。也就是說，async 函數的執行，與普通函數一模一樣，只要一行。
- 更廣的適用性。 co 函數庫約定，yield 命令后面只能是 Thunk 函數或 Promise 對象，而 async 函數的 await 命令后面，可以跟 Promise 對象和原始類型的值（數值、字符串和布爾值，但這時等同于同步操作）。
- 更好的語義。 async 和 await，比起星號和 yield，語義更清楚了。async 表示函數里有異步操作，await 表示緊跟在后面的表達式需要等待結果。
