单线程是Javascript语言最本质的特性之一,Javascript引擎在运行js代码的时候,同一个时间只能执行单个任务。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。所以异步编程对JavaScript语言太重要。有些小伙伴可能还不太理解"异步"。
所谓的"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。
例如,有一个任务是读取文件进行处理,任务的第一段是向操作系统发出请求,要求读取文件。然后,程序执行其他任务,等到操作系统返回文件,再接着执行任务的第二段(处理文件)。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。由于是连续执行,不能插入其他任务,所以操作系统从硬盘读取文件的这段时间,程序只能干等着。
讲的通俗点:
朱自清的《背影》中,父亲对朱自清说 :“我买几个橘子去。你就在此地,不要走动。”,朱自清没有走动,等着买完橘子的父亲一起吃橘子,就叫同步。如果朱自清没有等父亲,独自走了,那就不能和父亲一起吃橘子,就叫异步。
我们就以用户注册这个特别常见的场景为例,讲讲异步编程。
第一步,验证用户是否注册
第二步,没有注册,发送验证码
第三步,填写验证码、密码,检验验证码是否正确
这个过程是有一定的顺序的,你必须保证上一步完成,才能顺利进行下一步。
1.1 回调函数
function testRegister(){} // 验证用户是否注册
function sendMessage(){} // 给手机发送验证码x
function testMessage(){} // 检验验证码是否正确
function doRegister(){ //开始注册
testRegister(data){
if(data===false){ //已注册
}else{ //未注册
sendMessage(data){
if(data===true){ //发送验证码成功
testMessage(data){
if(data===true){ //验证码正确
}else{ //验证码不正确
}
}
}
}
}
}
}
代码中就已经有许多问题,比如杂乱的 if 判断语句 、层层嵌套的函数,造成代码的可读性差,难于维护。
另外,如果在层层回调函数中出现异常,调试起来是非常让人奔溃的 —— 由于 try-catch 无法捕获异步的异常,我们只能不断不断的写 debugger 去追踪,简直步步惊心。
这种层层嵌套被称为回调地狱。
1.2 Promise方式
Promise就是为了解决回调地狱问题而提出的。它不是新的语法功能,而是一种新的写法,允许将回调函数的嵌套,改成链式调用。采用Promise,连续读取多个文件,写法如下。
let state=1; //模拟返回结果
function step1(resolve,reject){
console.log('1. 验证用户是否注册');
if(state==1){
resolve('未注册');
}else{
reject('已注册');
}
}
function step2(resolve,reject){
console.log('2.给手机发送验证码');
if(state==1){
resolve('发送成功');
}else{
reject('发送失败');
}
}
function step3(resolve,reject){
console.log('3.检验验证码是否正确');
if(state==1){
resolve('验证码正确');
}else{
reject('验证码不正确');
}
}
new Promise(testRegister).then(function(val){ // 验证用户是否注册
console.log(val);
return new Promise(sendMessage); // 给手机发送验证码
}).then(function(val){
console.log(val);
return new Promise(testMessage); // 检验验证码是否正确
}).then(function(val){
console.log(val);
return val;
});
回调函数采用了嵌套的方式依次调用testRegister()、sendMessage() 和testMessage(),而Promise使用then将它们链接起来。相比回调函数而言,Promise代码可读性更高,代码的执行顺序一目了然。
Promise的方式虽然解决了回调地狱,但是最大问题是代码冗余,原来的任务被Promise 包装了一下,不管什么操作,一眼看去都是一堆 then,原来的语义变得很不清楚。代码流程不能很好的表示执行流程。
大家初中学过电路,这个就像电路的串联,如果没学过也没关系,你肯定知道jquery有链式操作,这个就很类似链式操作的写法,比较符合我们的思维逻辑。
1.3 async/await方式
async语法是对new Promise的包装,await语法是对then方法的提炼。
async function doRegister(url) {
let data = await testRegister(); // 验证用户是否注册
let data2 = await sendMessage(data); // 给手机发送验证码
let data3 = await testMessage(data2); // 检验验证码是否正确
return data3
}
上面的代码虽然短,但是每一句都极为重要。data 是 await testRegister的返回结果,data2 又使用了 data 作为sendMessage的参数,data3 又使用了data2 作为testMessage的参数。
只要在doRegister前面加上关键词async,在函数内的异步任务前添加await声明即可。如果忽略这些额外的关键字,简直就是完完全全的同步写法。
2.1 返回 Promise 对象
async函数返回一个 Promise 对象。
async函数内部return语句返回的值,会成为then方法回调函数的参数。
async function f() {
return 'aaa';
}
f().then(v => console.log(v))
//aaa
//Promise {<resolved>: undefined}
2.2 await 命令
正常情况下,await命令后面是一个 Promise 对象,返回该对象的结果。如果不是 Promise 对象,就直接返回对应的值。
/*成功情况*/
async function f() {
return await 123;
}
f().then(value => console.log(value)); // 123
/*失败情况*/
async function f() {
return Promise.reject('error');
}
f().catch(e => console.error(e)); // error
注意事项:
await命令只能用在async函数之中,如果用在普通函数,就会报错。
/* 错误处理 */
function f(db) {
let docs = [1, 2, 3];
for(let doc of docs) {
await db.push(doc);
}
return db; // Uncaught SyntaxError: Unexpected identifier
}
/* 正确处理(顺序执行) */
async function f(db) {
let docs = [1, 2, 3];
for(let doc of docs) {
await db.push(doc);
}
return db;
}
2.3 async中异常处理
通过使用 async/await,我们就可以配合 try/catch 来捕获异步操作过程中的问题,包括 Promise 中reject 的数据。
await后面可能存在reject,需要进行try…catch代码块中
async function f() {
try {
await Promise.reject('出错了');
} catch(e) {
console.error(e);
}
return Promise.resolve('hello');
}
f().then(v => console.log(v)); // 出错了 hello
async/await 语法确实很简单好用,但也容易使用不当,还要根据具体的业务场景需求来定。
例如我们需要获取一批图片的大小信息:
async function allPicInfo (imgs) {
const result = [];
for (const img of imgs) {
result.push(await getSize(img));
}
}
代码中的每次 getSize 调用都需要等待上一次调用完成,同样是一种性能浪费,而且花费的时间也长。同样的功能,用这样的方式会更合适:
async function allPicInfo (imgs) {
return Promise.all(imgs.map(img => getSize(img)));
}
多个异步操作,如果没有继承关系,最好同时触发。
从最早的回调函数,到 Promise 对象,每次都有所改进,但又让人觉得不彻底。它们都有额外的复杂性,都需要理解抽象的底层运行机制。例如有三个请求需要发生,第三个请求是依赖于第二个请求的结果,第二个请求依赖于第一个请求的结果。若用 ES5实现会有3层的回调,导致代码的横向发展。若用Promise 实现至少需要3个then,导致代码的纵向发展。然而,async/await 解决了这些问题。
从实现上来看 async/await 是在 生成器、Promise 基础上构建出来的新语法:以生成器实现流程控制,以 Promise 实现异步控制。但是,不要因此小看 async/await,使用同步的方式写异步代码其实非常强大。
async/await 在语义化、简化代码、错误处理等方面有很多的优势,毕竟用async/ wait编写条件代码要简单得多,还可以使用相同的代码结构(众所周知的try/catch语句)处理同步和异步错误,所以常被称为JavaScript异步编程的终极解决方案,可见其重要性和优势。
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