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JS异步编程Promise对象详解

1、单线程模型

单线程模型指的是,JavaScript 只在一个线程上运行。也就是说,JavaScript 同时只能执行一个任务,其他任务都必须在后面排队等待。注意,JavaScript 只在一个线程上运行,不代表 JavaScript 引擎只有一个线程。事实上,JavaScript 引擎有多个线程,单个脚本只能在一个线程上运行(称为主线程),其他线程都是在后台配合。

JavaScript 之所以采用单线程,而不是多线程,跟历史有关系。JavaScript 从诞生起就是单线程,原因是不想让浏览器变得太复杂,因为多线程需要共享资源、且有可能修改彼此的运行结果,对于一种网页脚本语言来说,这就太复杂了。

如果 JavaScript 同时有两个线程,一个线程在网页 DOM 节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?是不是还要有锁机制?
所以,为了避免复杂性,JavaScript 一开始就是单线程,这已经成了这门语言的核心特征,将来也不会改变。

2、同步任务和异步任务

程序里面所有的任务,可以分成两类:同步任务(synchronous)和异步任务(asynchronous)。

同步任务是那些没有被引擎挂起、在主线程上排队执行的任务。只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务。

异步任务是那些被引擎放在一边,不进入主线程、而进入任务队列的任务。只有引擎认为某个异步任务可以执行了(比如 Ajax 操作从服务器得到了结果),该任务(采用回调函数的形式)才会进入主线程执行。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。

举例来说,Ajax 操作可以当作同步任务处理,也可以当作异步任务处理,由开发者决定。如果是同步任务,主线程就等着 Ajax 操作返回结果,再往下执行;如果是异步任务,主线程在发出 Ajax 请求以后,就直接往下执行,等到 Ajax 操作有了结果,主线程再执行对应的回调函数。

3、任务队列和事件循环

JavaScript 运行时,除了一个正在运行的主线程,引擎还提供一个任务队列(task queue),里面是各种需要当前程序处理的异步任务。(实际上,根据异步任务的类型,存在多个任务队列。为了方便理解,这里假设只存在一个队列。)首先,主线程会去执行所有的同步任务。等到同步任务全部执行完,就会去看任务队列里面的异步任务。

如果满足条件,那么异步任务就重新进入主线程开始执行,这时它就变成同步任务了。等到执行完,下一个异步任务再进入主线程开始执行。一旦任务队列清空,程序就结束执行。异步任务的写法通常是回调函数。一旦异步任务重新进入主线程,就会执行对应的回调函数。

如果一个异步任务没有回调函数,就不会进入任务队列,也就是说,不会重新进入主线程,因为没有用回调函数指定下一步的操作。JavaScript 引擎怎么知道异步任务有没有结果,能不能进入主线程呢?答案就是引擎在不停地检查,一遍又一遍,只要同步任务执行完了,引擎就会去检查那些挂起来的异步任务,是不是可以进入主线程了。这种循环检查的机制,就叫做事件循环(Event Loop)。

维基百科的定义是:“事件循环是一个程序结构,用于等待和发送消息和事件(a programming construct that waits for and dispatches events or messages in a program)”。

4、异步操作的模式

4.1回调函数

f2写成f1的回调函数。

function f1(callback) {
  // ...
  callback();
}
 
function f2() {
  // ...
}
 
f1(f2);

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(coupling),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。

4.2事件监听

f1.on('done', f2);
 
function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    f1.trigger('done');
  }, 1000);
}

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”(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。阅读代码的时候,很难看出主流程。

4.3 发布/订阅

事件完全可以理解成“信号”,如果存在一个“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)。

f2向信号中心jQuery订阅done信号。

jQuery.subscribe('done', f2);
 
function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    jQuery.publish('done');
  }, 1000);
}

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)。

jQuery.unsubscribe('done', f2);

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。

5、Promise 对象的状态

Promise 对象通过自身的状态,来控制异步操作。Promise 实例具有三种状态。

  • 异步操作未完成(pending)
  • 异步操作成功(fulfilled)
  • 异步操作失败(rejected)

上面三种状态里面,fulfilledrejected合在一起称为resolved(已定型)。

这三种的状态的变化途径只有两种。

  • 从“未完成”到“成功”
  • 从“未完成”到“失败”

一旦状态发生变化,就凝固了,不会再有新的状态变化。这也是 Promise 这个名字的由来,它的英语意思是“承诺”,一旦承诺成效,就不得再改变了。这也意味着,Promise 实例的状态变化只可能发生一次。

因此,Promise 的最终结果只有两种。

  • 异步操作成功,Promise 实例传回一个值(value),状态变为fulfilled。
  • 异步操作失败,Promise 实例抛出一个错误(error),状态变为rejected。

6、Promise 构造函数

JavaScript 提供原生的Promise构造函数,用来生成 Promise 实例。

var promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...
 
  if (){
    resolve(value);
  } else { 
    reject(new Error());
  }
});

上面代码中,Promise构造函数接受一个函数作为参数,该函数的两个参数分别是resolvereject。它们是两个函数,由 JavaScript 引擎提供,不用自己实现。

resolve函数的作用是,将Promise实例的状态从“未完成”变为“成功”(即从pending变为fulfilled),在异步操作成功时调用,并将异步操作的结果,作为参数传递出去。reject函数的作用是,将Promise实例的状态从“未完成”变为“失败”(即从pending变为rejected),在异步操作失败时调用,并将异步操作报出的错误,作为参数传递出去。

下面是一个例子。

function timeout(ms) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(resolve, ms, 'done');
  });
}
 
timeout(100)

上面代码中,timeout(100)返回一个 Promise 实例。100毫秒以后,该实例的状态会变为fulfilled

7、then() 用法辨析

Promise 的用法,简单说就是一句话:使用then方法添加回调函数。但是,不同的写法有一些细微的差别,请看下面四种写法,它们的差别在哪里?

// 写法一
f1().then(function () {
  return f2();
});
 
// 写法二
f1().then(function () {
  f2();
});
 
// 写法三
f1().then(f2());
 
// 写法四
f1().then(f2);

为了便于讲解,下面这四种写法都再用then方法接一个回调函数f3。写法一的f3回调函数的参数,是f2函数的运行结果。

f1().then(function () {
  return f2();
}).then(f3);

写法二的f3回调函数的参数是undefined

f1().then(function () {
  f2();
  return;
}).then(f3);

写法三的f3回调函数的参数,是f2函数返回的函数的运行结果。

f1().then(f2())
  .then(f3);

写法四与写法一只有一个差别,那就是f2会接收到f1()返回的结果。

f1().then(f2)
  .then(f3);

8、Promise 优缺点

优点:让回调函数变成了规范的链式写法,程序流程可以看得很清楚。它有一整套接口,可以实现许多强大的功能,比如同时执行多个异步操作,等到它们的状态都改变以后,再执行一个回调函数;再比如,为多个回调函数中抛出的错误,统一指定处理方法等等。

而且,Promise 还有一个传统写法没有的好处:它的状态一旦改变,无论何时查询,都能得到这个状态。这意味着,无论何时为 Promise 实例添加回调函数,该函数都能正确执行。所以,你不用担心是否错过了某个事件或信号。如果是传统写法,通过监听事件来执行回调函数,一旦错过了事件,再添加回调函数是不会执行的。

缺点:编写的难度比传统写法高,而且阅读代码也不是一眼可以看懂。你只会看到一堆then,必须自己在then的回调函数里面理清逻辑。

9、微任务

Promise 的回调函数属于异步任务,会在同步任务之后执行。

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(1);
}).then(console.log);
 
console.log(2);
// 2
// 1

上面代码会先输出2,再输出1。因为console.log(2)是同步任务,而then的回调函数属于异步任务,一定晚于同步任务执行。

但是,Promise 的回调函数不是正常的异步任务,而是微任务(microtask)。它们的区别在于,正常任务追加到下一轮事件循环,微任务追加到本轮事件循环。这意味着,微任务的执行时间一定早于正常任务。

setTimeout(function() {
  console.log(1);
}, 0);
 
new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(2);
}).then(console.log);
 
console.log(3);
// 3
// 2
// 1

上面代码的输出结果是321。这说明then的回调函数的执行时间,早于setTimeout(fn, 0)。因为then是本轮事件循环执行,setTimeout(fn, 0)在下一轮事件循环开始时执行。

到此这篇关于Promise异步编程模式的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持编程网。

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