Javascript异步编程的6种方法

原创 minsong 随笔 es6 136阅读 2019-01-30 17:02:28 举报

Javascript语言的执行环境是"单线程"
所谓"单线程",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,以此类推。

这种模式的好处是实现起来比较简单,执行环境相对单纯;坏处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(Synchronous)和异步(Asynchronous)。
"同步模式"就是上一段的模式,后一个任务等待前一个任务结束,然后再执行,程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的;"异步模式"则完全不同,每一个任务有一个或多个回调函数(callback),前一个任务结束后,不是执行后一个任务,而是执行回调函数,后一个任务则是不等前一个任务结束就执行,所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。

"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。

本文总结了"异步模式"编程的6种方法,理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。

1.回调函数

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:

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:

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。

2.事件监听

采用事件驱动模式。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。
为f1绑定一个事件

当f1发生done事件,就执行f2。然后,对f1进行改写:

1.trigger('done')表示,执行完成后,立即触发done事件,从而开始执行f2。
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"(Decoupling),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。

3.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。

然后,f1进行如下改写:

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。
此外,f2完成执行后,也可以取消订阅(unsubscribe)。

4.promise 对象

查看 promise对象

5.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。

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 24 / 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

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

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:

6.async/await

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

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

如果请求两个文件,毫无关系,可以通过并发请求

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。

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