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    从地狱到天堂,Node 回调向 async/await 转变

    边城发表于 2017-01-02 19:23:38
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    Node7 通过 --harmony_async_await 参数开始支持 async/await,而 async/await 由于其可以以同步形式的代码书写异步程序,被喻为异步调用的天堂。然而 Node 的回调模式在已经根深蒂固,这个被喻为“回调地狱”的结构形式推动了 Promise 和 ES6 的迅速成型。然而,从地狱到天堂,并非一步之遥!

    async/await 基于 Promise,而不是基于回调,所以要想从回调地狱中解脱出来,首先要把回调实现修改为 Promise 实现——问题来了,Node 这么多库函数,还有更多的第三方库函数都是使用回调实现的,要想全部修改为 Promise 实现,谈何容易?

    使用第三方库脱离地狱

    Async

    当然,解决办法肯定是有的,比如 Async 库通过 async.waterfall() 实现了对深度回调的“扁平”化,当然它不是用 Promise 实现的,但是有它的扁平化工作作为基础,再封装 Promise 就已经简洁不少了。

    下面是 Async 官方文档给出的一个示例

    async.waterfall([
        function(callback) {
            callback(null, 'one', 'two');
        },
        function(arg1, arg2, callback) {
            // arg1 now equals 'one' and arg2 now equals 'two'
            callback(null, 'three');
        },
        function(arg1, callback) {
            // arg1 now equals 'three'
            callback(null, 'done');
        }
    ], function (err, result) {
        // result now equals 'done'
    });

    如果把它封装成 Promise 也很容易:

    // promiseWaterfall 使用 async.waterfall 处理函数序列
    // 并将最终结果封装成 Promise
    function promiseWaterfall(series) {
        return new Promise((resolve, reject) => {
            async.waterfall(series, function(err, result) {
                if (err) {
                    reject(err);
                } else {
                    resolve(result);
                }
            });
        });
    }
    
    // 调用示例
    promiseWaterfall([
        function(callback) {
            callback(null, "one", "two");
        },
        function(arg1, arg2, callback) {
            // arg1 now equals 'one' and arg2 now equals 'two'
            callback(null, "three");
        },
        function(arg1, callback) {
            // arg1 now equals 'three'
            callback(null, "done");
        }
    ]).then(result => {
        // result now equals 'done'
    });

    Q

    Q 也是一个常用的 Promise 库,提供了一系列的工具函数来处理 Node 式的回调,比如 Q.nfcall()、Q.nfapply()、Q.denodeify() 等。

    其中,Q.denodeify(),别名 Q.nfbind(),可以将一个 Node 回调风格的函数转换成 Promise 风格的函数。虽然转换之后的函数返回的不是原生的 Promise 对象,而是 Q 内部实现的一个 Promise 类的对象,我们可以称之为 Promise alike 对象。

    Q.denodeify() 的用法很简单,直接对 Node 风格的函数进行封装即可,下面也是官方文档中的例子

    var readFile = Q.nfbind(FS.readFile);
    readFile("foo.txt", "utf-8").done(function (text) {
        // do something with text
    });

    这里需要说明的是,虽然用 Q.denodeify() 封装的函数返回的是 Promise alike 对象,但是笔者亲测它可以用于 await 运算[注1]。

    [注1]:await 在 MDN 上被描述为 “operator”,即运算符,所以这里说 “await 运算”,或者可以说 “await 表达式”。

    Bluebird

    对于 jser 来说,Bluebird 也不陌生。它通过 Promise.promisify() 和 Promise.promisifyAll() 等提供了对 Node 风格函数的转换,这和上面提到的 Q.denodeify() 类似。注意这里提到的 Promise 也不是原生的 Promise,而是 bluebird 实现的,通常使用下面的语句引用:

    const Promise = require("bluebird").Promise;

    为了和原生 Promise 区别开来,也可以改为

    const BbPromise = require("bluebird").Promise;

    Promise.promisifyAll() 相对特殊一些,它接受一个对象作为参数,将这个对象的所有方法处理成 Promise 风格,当然你也可以指定一个 filter 让它只处理特定的方法——具体操作这里就不多说,参考官方文档即可。

    与 Q.denodeify() 类似,通过 bluebird 的 Promise.promisify() 或 Promise.promisifyAll() 处理过后的函数,返回的也是一个 Promise alike 对象,而且,也可以用于 await 运算。

    靠自己脱离地狱

    ES6 已经提供了原生 Promise 实现,如果只是为了“脱离地狱”而去引用一个第三方库,似乎有些不值。如果只需要少量代码就可以自己把回调风格封装成 Promise 风格,干嘛不自己实现一个?

    不妨分析一下,自己写个 promisify() 需要做些什么

    [1]> 定义 promisify()

    promisify() 是一个转换函数,它的参数是一个回调风格的函数,它的返回值是一个 Promise 风格的函数,所以不管是参数还是返回值,都是函数

    // promisify 的结构
    function promisify(func) {
        return function() {
            // ...
        };
    }

    [2]> 返回的函数需要返回 Promise 对象

    既然 promisify() 的返回值是一个 Promise 风格的函数,它的返回值应该是一个 Promise 对象,所以

    function promisify(func) {
        return function() {
            return new Promise((resolve, reject) => {
                // TODO
            });
        };
    }

    [3]> Promise 中调用 func

    毋庸置疑,上面的 TODO 部分需要实现对 func 的调用,并根据结果适当的调用 resolve() 和 reject()。

    function promisify(func) {
        return function() {
            return new Promise((resolve, reject) => {
                func((err, result) => {
                    if (err) {
                        reject(err);
                    } else {
                        resolve(result);
                    }
                });
            });
        };
    }

    Node 回调风格的回调函数第一个参数都是错误对象,如果为 null 表示没有错误,所以会有 (err, result) => {} 这样的回调定义。

    [4]> 加上参数

    上面调用还没有加上对参数的处理。对于 Node 回调风格的函数,通常前面 n 个参数是内部实现需要使用的参数,而最后一个参数是回调函数。使用 ES6 的可变参数和扩展数据语法很容易实现

    // 最终实现如下
    function promisify(func) {
        return function(...args) {
            return new Promise((resolve, reject) => {
                func(...args, (err, result) => {
                    if (err) {
                        reject(err);
                    } else {
                        resolve(result);
                    }
                });
            });
        };
    }

    至此,完整的 promisify() 就实现出来了。

    [5]> 实现 promisifyArray()

    promisifyArray() 用于批量处理一组函数,参数是回调风格的函数列表,返回对应的 Promise 风格函数列表。在实现了 promisify() 的基础上实现 promisifyArray() 非常容易。

    function promisifyArray(list) {
        return list.map(promisify);
    }

    [6]> 实现 promisifyObject()

    promisifyObject() 的实现需要考虑 this 指针的问题,相对比较复杂,而且也不能直接使用上面的 promisify()。下面是 promisifyObject() 的简化实现,详情参考代码中的注释。

    function promisifyObject(obj, suffix = "Promisified") {
        // 参照之前的实现,重新实现 promisify。
        // 这个函数没用到外层的局部变量,不必实现为局域函数,
        // 这里实现为局部函数只是为了组织演示代码
        function promisify(func) {
            return function(...args) {
                return new Promise((resolve, reject) => {
                    // 注意调用方式的变化
                    func.call(this, ...args, (err, result) => {
                        if (err) {
                            reject(err);
                        } else {
                            resolve(result);
                        }
                    });
                });
            };
        }
    
        // 先找出所有方法名称,
        // 如果需要过滤可以考虑自己加 filter 实现
        const keys = [];
        for (const key in obj) {
            if (typeof obj[key] === "function") {
                keys.push(key);
            }
        }
    
        // 将转换之后的函数仍然附加到原对象上,
        // 以确保调用的时候,this 引用正确。
        // 为了避免覆盖原函数,加了一个 suffix。
        keys.forEach(key => {
            obj[`${key}${suffix}`] = promisify(obj[key]);
        });
    
        return obj;
    }

    天堂就在眼前

    脱离了地狱,离天堂就不远了。我在之前的博客 理解 JavaScript 的 async/await 已经说明了 async/await 和 Promise 的关系。而上面已经使用了大量的篇幅实现了回调风格函数向 Promise 风格函数的转换,所以接下来要做的就是 async/await 实践。

    把 promisify 相关函数封装成模块

    既然是在 Node 中使用,前面自己实现的 promisify()、promisifyArray() 和 promisifyObject() 还是封装在一个 Node 模块中比较好。前面已经定义好了三个函数,只需要导出就好

    module.exports = {
        promisify: promisify,
        promisifyArray: promisifyArray,
        promisifyObject: promisifyObject
    };
    
    // 通过解构对象导入
    // const {promisify, promisifyArray, promisifyObject} = require("./promisify");

    因为三个函数都是独立的,也可以导出成数组,

    module.exports = [promisify, promisifyArray, promisifyObject];
    
    // 通过解构数组导入
    // const [promisify, promisifyArray, promisifyObject] = require("./promisify");

    模拟一个应用场景

    这个模拟的应用场景里需要进行一个操作,包括4个步骤 (均为异步操作)

    1. first() 获得一个用户 ID

    2. second() 根据用户 ID 获取用户的信息

    3. third() 根据用户 ID 获取用户的分数

    4. last() 输出用户信息和分数

    其中第 2、3 步可以并行。

    这个场景用到的数据结构定义如下

    class User {
        constructor(id) {
            this._id = id;
            this._name = `User_${id}`;
        }
    
        get id() {
            return this._id;
        }
    
        get name() {
            return this._name;
        }
    
        get score() {
            return this._score || 0;
        }
    
        set score(score) {
            this._score = parseInt(score) || 0;
        }
    
        toString() {
            return `[#${this._id}] ${this._name}: ${this._score}`;
        }
    }

    使用 setTimeout 来模拟异步

    定义一个 toAsync() 来将普通函数模拟成异步函数。可以少写几句 setTimeout()。

    function toAsync(func, ms = 10) {
        setTimeout(func, ms);
    }

    以回调风格模拟4个步骤

    function first(callback) {
        toAsync(() => {
            // 产生一个 1000-9999 的随机数作为 ID
            const id = parseInt(Math.random() * 9000 + 1000);
            callback(null, id);
        });
    }
    
    function second(id, callback) {
        toAsync(() => {
            // 根据 id 产生一个 User 对象
            callback(null, new User(id));
        });
    }
    
    function third(id, callback) {
        toAsync(() => {
            // 根据 id 计算一个分值
            // 这个分值在 50-100 之间
            callback(null, id % 50 + 50);
        });
    }
    
    function last(user, score, callback) {
        toAsync(() => {
            // 将分值填入 user 对象
            // 输出这个对象的信息
            user.score = score;
            console.log(user.toString());
            if (callback) {
                callback(null, user);
            }
        });
    }

    当然,还有导出

    module.exports = [first, second, third, last];

    async/await 实践

    const [promisify, promisifyArray, promisifyObject] = require("./promisify");
    
    const [first, second, third, last] = promisifyArray(require("./steps"));
    
    // 使用 async/await 实现
    // 用 node 运行的时候需要 --harmoney_async_await 参数
    async function main() {
        const userId = await first();
    
        // 并行调用要用 Promise.all 将多个并行处理封装成一个 Promise
        const [user, score] = await Promise.all([
            second(userId),
            third(userId)
        ]);
        last(user, score);
    }
    
    main();


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