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JS 异步编程六种方案

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老蚊子 发表于 2019-1-16 13:02:50 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
本帖最后由 老蚊子 于 2019-1-16 13:04 编辑

       我们知道Javascript语言的执行环境是"单线程"。也就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务,就必须排队,前面一个任务完成,再执行后面一个任务。
这种模式虽然实现起来比较简单,执行环境相对单纯,但是只要有一个任务耗时很长,后面的任务都必须排队等着,会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应(假死),往往就是因为某一段Javascript代码长时间运行(比如死循环),导致整个页面卡在这个地方,其他任务无法执行。

为了解决这个问题,Javascript语言将任务的执行模式分成两种:同步和异步。本文主要介绍异步编程几种办法,并通过比较,得到最佳异步编程的解决方案!


一、同步与异步
我们可以通俗理解为异步就是一个任务分成两段,先执行第一段,然后转而执行其他任务,等做好了准备,再回过头执行第二段。排在异步任务后面的代码,不用等待异步任务结束会马上运行,也就是说,异步任务不具有”堵塞“效应。比如,有一个任务是读取文件进行处理,异步的执行过程就是下面这样


这种不连续的执行,就叫做异步。相应地,连续的执行,就叫做同步


"异步模式"非常重要。在浏览器端,耗时很长的操作都应该异步执行,避免浏览器失去响应,最好的例子就是Ajax操作。在服务器端,"异步模式"甚至是唯一的模式,因为执行环境是单线程的,如果允许同步执行所有http请求,服务器性能会急剧下降,很快就会失去响应。接下来介绍下异步编程六种方法。

二、回调函数(Callback)回调函数是异步操作最基本的方法。以下代码就是一个回调函数的例子:
  1. ajax(url, () => {
  2.     // 处理逻辑
  3. })
复制代码
但是回调函数有一个致命的弱点,就是容易写出回调地狱(Callback hell)。假设多个请求存在依赖性,你可能就会写出如下代码:
  1. ajax(url, () => {
  2.     // 处理逻辑
  3.     ajax(url1, () => {
  4.         // 处理逻辑
  5.         ajax(url2, () => {
  6.             // 处理逻辑
  7.         })
  8.     })
  9. })
复制代码

回调函数的优点是简单、容易理解和实现,缺点是不利于代码的阅读和维护,各个部分之间高度耦合,使得程序结构混乱、流程难以追踪(尤其是多个回调函数嵌套的情况),而且每个任务只能指定一个回调函数。此外它不能使用 try catch 捕获错误,不能直接 return。

三、事件监听
这种方式下,异步任务的执行不取决于代码的顺序,而取决于某个事件是否发生
下面是两个函数f1和f2,编程的意图是f2必须等到f1执行完成,才能执行。首先,为f1绑定一个事件(这里采用的jQuery的写法)
  1. f1.on('done', f2);
复制代码

上面这行代码的意思是,当f1发生done事件,就执行f2。然后,对f1进行改写:
  1. function f1() {
  2.   setTimeout(function () {
  3.     // ...
  4.     f1.trigger('done');
  5.   }, 1000);
  6. }
复制代码

上面代码中,f1.trigger('done')表示,执行完成后,立即触发done事件,从而开始执行f2。
这种方法的优点是比较容易理解,可以绑定多个事件,每个事件可以指定多个回调函数,而且可以"去耦合",有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型,运行流程会变得很不清晰。阅读代码的时候,很难看出主流程。

四、发布订阅
我们假定,存在一个"信号中心",某个任务执行完成,就向信号中心"发布"(publish)一个信号,其他任务可以向信号中心"订阅"(subscribe)这个信号,从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"(publish-subscribe pattern),又称"观察者模式"(observer pattern)。
首先,f2向信号中心jQuery订阅done信号。
  1. jQuery.subscribe('done', f2);
复制代码
然后,f1进行如下改写:
  1. function f1() {
  2.   setTimeout(function () {
  3.     // ...
  4.     jQuery.publish('done');
  5.   }, 1000);
  6. }
复制代码

上面代码中,jQuery.publish('done')的意思是,f1执行完成后,向信号中心jQuery发布done信号,从而引发f2的执行。f2完成执行后,可以取消订阅(unsubscribe)
  1. jQuery.unsubscribe('done', f2);
复制代码

这种方法的性质与“事件监听”类似,但是明显优于后者。因为可以通过查看“消息中心”,了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者,从而监控程序的运行。
五、Promise/A+
Promise本意是承诺,在程序中的意思就是承诺我过一段时间后会给你一个结果。 什么时候会用到过一段时间?答案是异步操作,异步是指可能比较长时间才有结果的才做,例如网络请求、读取本地文件等
1.Promise的三种状态
  • Pending----Promise对象实例创建时候的初始状态
  • Fulfilled----可以理解为成功的状态
  • Rejected----可以理解为失败的状态


这个承诺一旦从等待状态变成为其他状态就永远不能更改状态了,比如说一旦状态变为 resolved 后,就不能再次改变为Fulfilled
  1. let p = new Promise((resolve, reject) => {
  2.   reject('reject')
  3.   resolve('success')//无效代码不会执行
  4. })
  5. p.then(
  6.   value => {
  7.     console.log(value)
  8.   },
  9.   reason => {
  10.     console.log(reason)//reject
  11.   }
  12. )
复制代码
当我们在构造 Promise 的时候,构造函数内部的代码是立即执行的

  1. new Promise((resolve, reject) => {
  2.   console.log('new Promise')
  3.   resolve('success')
  4. })
  5. console.log('end')
  6. // new Promise => end
复制代码


2.promise的链式调用
  • 每次调用返回的都是一个新的Promise实例(这就是then可用链式调用的原因)
  • 如果then中返回的是一个结果的话会把这个结果传递下一次then中的成功回调
  • 如果then中出现异常,会走下一个then的失败回调
  • 在 then中使用了return,那么 return 的值会被Promise.resolve() 包装(见例1,2)
  • then中可以不传递参数,如果不传递会透到下一个then中(见例3)
  • catch 会捕获到没有捕获的异常
接下来我们看几个例子:
  1. // 例1
  2.   Promise.resolve(1)
  3.   .then(res => {
  4.     console.log(res)
  5.     return 2 //包装成 Promise.resolve(2)
  6.   })
  7.   .catch(err => 3)
  8.   .then(res => console.log(res))
复制代码

// 例2
  1. Promise.resolve(1)
  2.   .then(x => x + 1)
  3.   .then(x => {
  4.     throw new Error('My Error')
  5.   })
  6.   .catch(() => 1)
  7.   .then(x => x + 1)
  8.   .then(x => console.log(x)) //2
  9.   .catch(console.error)
复制代码
// 例3
  1. let fs = require('fs')
  2. function read(url) {
  3.   return new Promise((resolve, reject) => {
  4.     fs.readFile(url, 'utf8', (err, data) => {
  5.       if (err) reject(err)
  6.       resolve(data)
  7.     })
  8.   })
  9. }
  10. read('./name.txt')
  11.   .then(function(data) {
  12.     throw new Error() //then中出现异常,会走下一个then的失败回调
  13.   }) //由于下一个then没有失败回调,就会继续往下找,如果都没有,就会被catch捕获到
  14.   .then(function(data) {
  15.     console.log('data')
  16.   })
  17.   .then()
  18.   .then(null, function(err) {
  19.     console.log('then', err)// then error
  20.   })
  21.   .catch(function(err) {
  22.     console.log('error')
  23.   })
复制代码

Promise不仅能够捕获错误,而且也很好地解决了回调地狱的问题,可以把之前的回调地狱例子改写为如下代码:
  1. ajax(url)
  2.   .then(res => {
  3.       console.log(res)
  4.       return ajax(url1)
  5.   }).then(res => {
  6.       console.log(res)
  7.       return ajax(url2)
  8.   }).then(res => console.log(res))
复制代码

它也是存在一些缺点的,比如无法取消 Promise,错误需要通过回调函数捕获。

六、生成器Generators/ yield
Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案,语法行为与传统函数完全不同,Generator 最大的特点就是可以控制函数的执行。
  • 语法上,首先可以把它理解成,Generator 函数是一个状态机,封装了多个内部状态。
  • Generator 函数除了状态机,还是一个遍历器对象生成函数
  • 可暂停函数, yield可暂停,next方法可启动,每次返回的是yield后的表达式结果
  • yield表达式本身没有返回值,或者说总是返回undefined。next方法可以带一个参数,该参数就会被当作上一个yield表达式的返回值
我们先来看个例子:
  1. function *foo(x) {
  2.   let y = 2 * (yield (x + 1))
  3.   let z = yield (y / 3)
  4.   return (x + y + z)
  5. }
  6. let it = foo(5)
  7. console.log(it.next())   // => {value: 6, done: false}
  8. console.log(it.next(12)) // => {value: 8, done: false}
  9. console.log(it.next(13)) // => {value: 42, done: true}
复制代码

可能结果跟你想象不一致,接下来我们逐行代码分析:
  • 首先 Generator 函数调用和普通函数不同,它会返回一个迭代器
  • 当执行第一次 next 时,传参会被忽略,并且函数暂停在 yield (x + 1) 处,所以返回 5 + 1 = 6
  • 当执行第二次 next 时,传入的参数12就会被当作上一个yield表达式的返回值,如果你不传参,yield 永远返回 undefined。此时 let y = 2 * 12,所以第二个 yield 等于 2 * 12 / 3 = 8
  • 当执行第三次 next 时,传入的参数13就会被当作上一个yield表达式的返回值,所以 z = 13, x = 5, y = 24,相加等于 42
我们再来看个例子:有三个本地文件,分别1.txt,2.txt和3.txt,内容都只有一句话,下一个请求依赖上一个请求的结果,想通过Generator函数依次调用三个文件
  1. //1.txt文件
  2. 2.txt

  3. //2.txt文件
  4. 3.txt

  5. //3.txt文件
  6. 结束
复制代码

  1. let fs = require('fs')
  2. function read(file) {
  3.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  4.     fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
  5.       if (err) reject(err)
  6.       resolve(data)
  7.     })
  8.   })
  9. }
  10. function* r() {
  11.   let r1 = yield read('./1.txt')
  12.   let r2 = yield read(r1)
  13.   let r3 = yield read(r2)
  14.   console.log(r1)
  15.   console.log(r2)
  16.   console.log(r3)
  17. }
  18. let it = r()
  19. let { value, done } = it.next()
  20. value.then(function(data) { // value是个promise
  21.   console.log(data) //data=>2.txt
  22.   let { value, done } = it.next(data)
  23.   value.then(function(data) {
  24.     console.log(data) //data=>3.txt
  25.     let { value, done } = it.next(data)
  26.     value.then(function(data) {
  27.       console.log(data) //data=>结束
  28.     })
  29.   })
  30. })
  31. // 2.txt=>3.txt=>结束
复制代码

从上例中我们看出手动迭代Generator 函数很麻烦,实现逻辑有点绕,而实际开发一般会配合 co 库去使用。co是一个为Node.js和浏览器打造的基于生成器的流程控制工具,借助于Promise,你可以使用更加优雅的方式编写非阻塞代码
安装co库只需:npm install co
上面例子只需两句话就可以轻松实现
  1. function* r() {
  2.   let r1 = yield read('./1.txt')
  3.   let r2 = yield read(r1)
  4.   let r3 = yield read(r2)
  5.   console.log(r1)
  6.   console.log(r2)
  7.   console.log(r3)
  8. }
  9. let co = require('co')
  10. co(r()).then(function(data) {
  11.   console.log(data)
  12. })
  13. // 2.txt=>3.txt=>结束=>undefined
复制代码

我们可以通过 Generator 函数解决回调地狱的问题,可以把之前的回调地狱例子改写为如下代码:
  1. function *fetch() {
  2.     yield ajax(url, () => {})
  3.     yield ajax(url1, () => {})
  4.     yield ajax(url2, () => {})
  5. }
  6. let it = fetch()
  7. let result1 = it.next()
  8. let result2 = it.next()
  9. let result3 = it.next()
复制代码

七、async/await1.Async/Await简介
使用async/await,你可以轻松地达成之前使用生成器和co函数所做到的工作,它有如下特点:
  • async/await是基于Promise实现的,它不能用于普通的回调函数。
  • async/await与Promise一样,是非阻塞的。
  • async/await使得异步代码看起来像同步代码,这正是它的魔力所在。
一个函数如果加上 async ,那么该函数就会返回一个 Promise
  1. async function async1() {
  2.   return "1"
  3. }
  4. console.log(async1()) // -> Promise {<resolved>: "1"}
复制代码

Generator函数依次调用三个文件那个例子用async/await写法,只需几句话便可实现
  1. let fs = require('fs')
  2. function read(file) {
  3.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  4.     fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
  5.       if (err) reject(err)
  6.       resolve(data)
  7.     })
  8.   })
  9. }
  10. async function readResult(params) {
  11.   try {
  12.     let p1 = await read(params, 'utf8')//await后面跟的是一个Promise实例
  13.     let p2 = await read(p1, 'utf8')
  14.     let p3 = await read(p2, 'utf8')
  15.     console.log('p1', p1)
  16.     console.log('p2', p2)
  17.     console.log('p3', p3)
  18.     return p3
  19.   } catch (error) {
  20.     console.log(error)
  21.   }
  22. }
  23. readResult('1.txt').then( // async函数返回的也是个promise
  24.   data => {
  25.     console.log(data)
  26.   },
  27.   err => console.log(err)
  28. )
  29. // p1 2.txt
  30. // p2 3.txt
  31. // p3 结束
  32. // 结束
复制代码

2.Async/Await并发请求如果请求两个文件,毫无关系,可以通过并发请求
  1. let fs = require('fs')
  2. function read(file) {
  3.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  4.     fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {
  5.       if (err) reject(err)
  6.       resolve(data)
  7.     })
  8.   })
  9. }
  10. function readAll() {
  11.   read1()
  12.   read2()//这个函数同步执行
  13. }
  14. async function read1() {
  15.   let r = await read('1.txt','utf8')
  16.   console.log(r)
  17. }
  18. async function read2() {
  19.   let r = await read('2.txt','utf8')
  20.   console.log(r)
  21. }
  22. readAll() // 2.txt 3.txt
复制代码

八、总结
1.JS 异步编程进化史:callback -> promise -> generator -> async + await
2.async/await 函数的实现,就是将 Generator 函数和自动执行器,包装在一个函数里。
3.async/await可以说是异步终极解决方案了。
(1) async/await函数相对于Promise,优势体现在
  • 处理 then 的调用链,能够更清晰准确的写出代码
  • 并且也能优雅地解决回调地狱问题。
当然async/await函数也存在一些缺点,因为 await 将异步代码改造成了同步代码,如果多个异步代码没有依赖性却使用了 await 会导致性能上的降低,代码没有依赖性的话,完全可以使用 Promise.all 的方式。
(2) async/await函数对 Generator 函数的改进,体现在以下三点
  • 内置执行器。Generator 函数的执行必须靠执行器,所以才有了 co 函数库,而 async 函数自带执行器。也就是说,async 函数的执行,与普通函数一模一样,只要一行
  • 更广的适用性。 co 函数库约定,yield 命令后面只能是 Thunk 函数或 Promise 对象,而 async 函数的 await 命令后面,可以跟 Promise 对象和原始类型的值(数值、字符串和布尔值,但这时等同于同步操作)
  • 更好的语义。 async 和 await,比起星号和 yield,语义更清楚了。async 表示函数里有异步操作,await 表示紧跟在后面的表达式需要等待结果。
参考文章






 
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