javascript与异步编程

为了避免资源管理等复杂性的问题，
javascript被设计为单线程的语言，即使有了html5 worker，也不能直接访问dom.

javascript 设计之初是为浏览器设计的GUI编程语言，GUI编程的特性之一是保证UI线程一定不能阻塞，否则体验不佳，甚至界面卡死。

一般安卓开发，会有一个界面线程，一个后台线程，保证界面的流畅。

由于javascript是单线程，所以采用异步非阻塞的编程模式，javascript的绝大多数api都是异步api.

本文是本人的一个总结：从Brendan Eich刚设计的初版javascript到现在的ES6,一步步总结javascript异步编程历史。

说明：
本文所有源码请访问：https://github.com/etoah/note/tree/master/async
请安装babel环境，用babel-node 执行对应例子

什么是异步编程

那么什么是异步编程，异步编程简单来说就是：执行一个指令不会马上返回结果而执行下一个任务，而是等到特定的事件触发后，才能得到结果。

以下是当有ABC三个任务，同步或异步执行的流程图：

示意图来自stackoverflow

同步

thread ->|----A-----||-----B-----------||-------C------|

异步

        A-Start ---------------------------------------- A-End              | B-Start ----------------------------------------|--- B-End              |   |     C-Start -------------------- C-End      |     |              V   V       V                           V         V     V        thread-> |-A-|---B---|-C-|-A-|-C-|--A--|-B-|--C--|---A-----|--B--| 

显然，在宏观上，同步程序是串行的执行各任务，执行单个任务时会阻塞纯线程，异步可以“并行”的执行任务。

异步编程时就需要指定异步任务完成后需要执行的指令，总的来说有以下几种“指定异步指令”的方式：

1. 属性
2. 回调
3. Promise
4. Generator
5. await,async

下面会一步一步展现各种方式。

属性

每个编程语言对异步实现的方式不一样，C#可以用委托，java可以用接口或基类传入的方式，

早期的javascript的异步的实现也类似于这种类的属性的方式：每个类实例的相关回调事件有相应的handler(onclick,onchange,onload等)。

在DOM0级事件处理程序，就是将一个函数赋值给一个元素的属性。

element.onclick=function(){    alert("clicked");}window.onload=function(){    alert("loaded");}

问题

这种写法简单明了，同时会有以下几个问题

• 耦合度高
  所有的事件处理都需要写的一个函数中：

        window.onload=function(){            handlerA();            handlerB();            handlerc();        }

如果这三个handler来自三个不同的模块，那这个文件模块耦合度就为3(华为的计算方法)。依赖高，不利于复用和维护。

• 不安全，容易被重写

window.onload=function(){    console.log("handler 1");}//...  很多其它框架，库，主题 的代码var handlerbak=window.onloadwindow.onload=function(){    handlerbak();  //这行注释的话上面handler 1就会被覆盖。    console.log("handler 2");}

当代码量大时，这种问题没有warning也没有error, 经验不丰富的前端可能花费大量的时间查找问题。

事件handler容易被重写，库/框架的安全，寄托于使用者的对框架的熟练程度，极不安全。

回调（发布/订阅）

由于javascript支持函数式编程，JavaScript语言对异步编程的实现可以用回调函数。

DOM2级事件解决了这个问题以上两个问题

element.addEventListener("click",function(){    alert("clicked");})

这里实际上是一个发布订阅模式，addEventListener相当于subscribe, dispatchEvent相当于publish,
很好的解决了订阅者之前的依赖，jquery,vue,flux,angularjs均实现了类似的模式。

发布订阅模式虽解决了上面耦合和不安全的问题，但是在实现大型应用时，还会有以下问题。

问题

• 回调黑洞
  多层回调嵌套，代码可读性差。

  step1(function (value1) {step2(value1, function(value2) {    step3(value2, function(value3) {        step4(value3, function(value4) {            // Do something with value4        });    });});});

• 异常无法捕捉

try{ setTimeout(function(){    JSON.parse("{‘a‘:‘1‘}")    console.log("aaaa") },0)}catch(ex){ console.log(ex); //不能catch到这个异常}

• 流程控制（异步代码，同步执行）

当C操作依赖于B操作和C操作,而B与A没有依赖关系时，不用第三方库（如async,eventproxy）的话,B与A本可以并行，却串行了，性能有很大的提升空间。
流程图如下：

graph LRStart-->AA-->BB-->C

但用promise后，可以方便的用并行：
Promise:

graph LRStart-->AStart-->BA-->CB-->C

Promise(ECMAScript5)

如上流程图，Promise很好的解决了“并行”的问题，我们看看用promise库怎么发送get请求：

import fetch from ‘node-fetch‘fetch(‘https://api.github.com/users/etoah‘).then((res)=>res.json()).then((json)=>console.log("json:",json))

可以看到promise把原来嵌套的回调，改为级连的方式了，实际是一种代理(proxy)。

var promise = new Promise(function(resolve, reject) {  // 异步操作的代码  if (/* 异步操作成功 */){    resolve(value);  } else {    reject(error);  }});

promise把成功和失败分别代理到resolved 和 rejected .
同时还可以级连catch异常。
新建一个promise实例：

到这里异步的问题，有了一个比较优雅的解决方案了，如果要吹毛求疵，还有一些别扭的地方,需要改进。

问题

封装，理解相对回调复杂，这是以下我公司项目的一段代码(coffeescript),并发代码，加上resolved,rejected的回调,
即使是用了coffee，混个业务和参数处理，第一眼看上去还是比较懵，代码可读性并没有想象中的好。

        #并发请求companyLevel        companyInfoP = companyinfoServicesP.companyLevel({hid: req.session.hid})        requestP(userOption).success((userInfo)->            roleOption =                uri: "#{config.server_host}/services/rights/userroles?userid=#{user.userId}"                method: ‘GET‘            #保证companyInfo 写入            Q.all([companyInfoP, requestP(roleOption)]).spread(                (companyinfo, roles)->                    Util.session.init req, user, roles.payload                    Util.session.set(req, "companyInfo", companyinfo.payload)                    Util.session.set(req, "roleids", roles.payload)                    u = Util.session.getInfo req                    return next {data: Util.message.success(u)}            , (err)->                return next err            )

在指明resolved 和 rejected的时，用的还是最原始的回调的方式。

能不能用同步的方式写异步代码？

在ES5前是这基本不可实现，但是，ES6的语法引入了Generator, yeild的关键字可以用同步的语法写异步的程序。

Generator(ECMAScript6)

简单来说generators可以理解为一个可遍历的状态机。
语法上generator,有两个特征：

1. function 关键字与函数名之前有一个星号。
2. 函数体内部使用yield关键字，定义不同的内部状态。

由于generator是一个状态机，所以需要手动调用next 才能执行，但TJ大神开发了co模块，可以自动执行generator。

import co from ‘co‘;co(function* (){    var now = Date.now();    yield sleep(150);   //约等待150ms    console.log(Date.now() - now);});function sleep(ms){    return function(cb){        setTimeout(cb, ms);    };}import fetch from ‘node-fetch‘co(function* (){    let result= yield  [         (yield fetch(‘https://api.github.com/users/tj‘)).json(),         (yield fetch(‘https://api.github.com/users/etoah‘)).json(),        ];    console.log("result:",result)});

无论是延迟执行，还是并发的从两个接口获取数据，generator都可以用同步的方式编写异步代码。

注意：co模块约定，yield命令后面只能是Thunk函数或Promise对象

问题

• 需要手动执行
  即使用了TJ的CO模块，不是标准的写法，感觉用hack解决问题
• 不够直观，没有语义化。

await,async(ECMAScript7)

ES7 引入了像C#语言中的 await,async关键字,而且babel已支持（引入plugins:transform-async-to-generator ）

async函数完全可以看作多个异步操作，包装成的一个Promise对象，而await命令就是内部then命令的语法糖。

import fetch from ‘node-fetch‘;(async function (){    let result= await fetch(‘https://api.github.com/users/etoah‘);    let json =await result.json();    console.log("result:",json);})();//exception(async function (){    try{        let result= await fetch(‘https://api.3github.com/users/etoah‘);        let json =await result.json();        console.log("result:",json);    }    catch(ex){        console.warn("warn:",ex);    }})()

简单比较会发现，async函数就是将Generator函数的星号（*）替换成async，将yield替换成await，同时不需要co模块，更加语义化。

但是与yeild又不完全相同，标准没有接收await*的语法( :( 查看详情)，

若需“并行”执行promise数组，推荐用Promise.All，所以需要并行请求时，需要这样写：

(async function (){    let result= await Promise.all([         (await fetch(‘https://api.github.com/users/tj‘)).json(),         (await fetch(‘https://api.github.com/users/etoah‘)).json()        ]);    console.log("result:",result);})();

虽说没有不能用 await* , 总体来说结构还是简单清晰的

没有任何callback,流程和异常捕获是完全同步的写法。而且javascript语言级别支持这种写法。可以说这是异步的终极解决方案了。

总结

到这里，jser结合promise,yield,await的写法，可以和回调嵌套说拜拜了。

虽有这么多的不同的异步编程方式，但是异步编程的本质并没有变，只有对coder更友好了而已，但对工程化可读性和可维护性有很大的改进。

摘自大公爵ddamy.com