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异步编程那些事

颜海镜发表于 2017-08-02 00:00:00

世界在进步，宣扬了这么多年的前端金科玉律被推翻，这是要变天啊，前端飞速发展，而我们只有保持不断学习，才能不那么迷茫

本文通过一个实例，讲解了异步编程的发展历史和 6 种异步编程方法，实践出真知

前言

就在不久前（15 年以前），说起异步还只有 callback，后来 Promise 来的时候我是拒绝的，generator 来的时候我是决绝的，当 async 来的时候我想我是不是落后了，嗯我该学习了

作为一个切图人员，遇到的异步场景实在太少，思来想去也就只有动画了，本文将用不同方式实现下面的动画，红色方块每次向右移动 100 像素，完整的 demo 在这里

关于异步

异步是一个关于现在和将来的问题，现在执行的代码和将来执行的代码，举个例子来说一下异步是如何复杂和反人类

var a = 1;
var b = 1;

function foo() {
    a = b + 3;
    console.log(a);
}

function bar() {
    b = a * 2;
}

ajax("url1", foo);
ajax("url2", bar);

上面的代码如果是同步的，那么打印 a 的地方就是确定的；但要是异步的，a 的值就有两种可能（哪个请求先回来），这还是只是最简单的 case，你可以思考下，自己写程序时有咩有考虑过这种问题

异步编程方法

js 中的异步编程共有下面这些方法，好吧以前我就知道前两个，其中事件监听和观察者有些类似，下面我们将分别介绍

回调函数
事件监听
观察者
Promise
Generator
async/await

先来一张形象的图

回调函数

callback 是我们最熟悉的方式，上面提到的动画的例子，用 callback 实现代码如下

moveTo(100, 0, function () {
    moveTo(200, 0, function () {
        moveTo(300, 0, function () {
            moveTo(400, 0, function () {
                // 无限不循环
            });
        });
    });
});

快看，这就是传说中的回调地狱吗？是，也不是。。。

其实我在工作中并没遇到过这么多异步，可能我写的业务比较简单吧，O(∩_∩)O 哈哈~

有同学可能会问 moveTo 函数是如何实现的？答案如下

function moveTo(x = 0, y = 0, cb = function () {}) {
    move(".box").x(x).y(y).end(cb);
}

下面来列举回调的 N 大罪状

违反直觉
错误追踪
模拟同步
回调地狱
并发执行
信任问题（多次调用）

违反直觉，并不是说缩进，缩进其实可以通过拆分函数来解决，而是对人友好的顺序执行，现在要跳来跳去

错误追踪，异步让try catch直接跪了，为了能够捕获到异步的错误，有两种方案，分离回调和 first error

jquery 的 ajax 就是典型的分离回调

function success(data) {
    console.log(data);
}
function error(err) {
    console.error(err);
}
$.ajax({}, success, error);

Node 采用的是 first error，所有系统异步接口第一个参数都是 error 对象

function callback(err, data) {
    if (err) {
        // 出错
        return;
    }
    // 成功
    console.log(data);
}
async("url", callback);

模拟同步，node 的 io 相关的 api 都是异步的，我只是想要 python 那种同步的个脚本，险些精神分裂，o(╯□╰)o

一段很容易理解的同步代码

for (let i = 0; i < arr.length; ++i) {
    arr[i] = sync(arr[i]);
}

然而如果是异步的话要这么写，/(ㄒ o ㄒ)/~~

(function next(i, len, callback) {
    if (i < len) {
        async(arr[i], function (value) {
            arr[i] = value;
            next(i + 1, len, callback);
        });
    } else {
        callback();
    }
})(0, arr.length, function () {
    // All array items have processed.
});

关于回调地狱，并发执行和信任问题，我建议你阅读文章结尾处推荐的资料，因为我实在才疏学浅，o(╯□╰)o

观察者

观察者模式需要一个 pub 和 sub 函数，或者其他类似工具，一定有同学说，这不还是回调吗？请看清楚，回调是因为观察者模式，而不是异步。其实回调的问题，观察者模式并没有解决

sub("1", function () {
    moveTo(100, 0, function () {
        pub("2");
    });
});

sub("2", function () {
    moveTo(200, 0, function () {
        pub("3");
    });
});

sub("3", function () {
    moveTo(300, 0, function () {
        pub("4");
    });
});

// 无限不循环

pub 和 sub 函数的是怎么实现的呢？最简单的实现如下

let eventMap = {};
function pub(msg, ...rest) {
    eventMap[msg] &&
        eventMap[msg].forEach((cb) => {
            cb(...rest);
        });
}

function sub(msg, cb) {
    eventMap[msg] = eventMap[msg] || [];
    eventMap[msg].push(cb);
}

Promise

如果你还不了解 Promise，那么建议先阅读这篇文章，下面是 Promise 实现上面的例子

moveTo(100, 0)
    .then(function () {
        return moveTo(200, 0);
    })
    .then(function () {
        return moveTo(300, 0);
    })
    .then(function () {
        return moveTo(400, 0);
    })
    .then(function () {
        // 无限不循环
    });

再来看一下，moveTo 函数有何不同，看出来没？

function moveTo(x = 0, y = 0) {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        move(".box").x(x).y(y).end(resolve);
    });
}

其实 Promise 开始我是拒绝的，这不还是回调吗！！！请再次注意，这里的回调不是为了异步，而是 Promise 协议

Promise 其实是一种控制反转，举个例子，就是原来我们要给异步函数传入一个回调函数，现在变成了异步函数返回一个 Promise 对象，堪称神来之笔，而 Promise 就是实现这种反转的工具，Promise 是一个双方约定的契约（规范）

其实 Promise 还有很多优点，要知道 Promise 是后面新技术的基础，堪称一切异步方案的粘合剂，没有 Promise，可能就不会有 generator，那么为什么说是可能呢？请看 Generator 一节

Promise 解决了回调的一些问题，但并没有全部解决，比如 Promise 有很好的错误追踪，避免了回调地狱，对并发执行很友好，因为 Promise 只决议一次，就很好的解决了信任问题

但 Promise 对违反直觉并不友好，回调变成了长长的 Promise 链

看一下模拟同步的代码，貌似成功解决了

var chain = Promise.resolve();
for (let i = 0; i < arr.length; ++i) {
    chain = chain.then(() => async(arr[i]).then((x) => (arr[i] = x)));
}

Generator

Generator 是一个革命性特性，es2015(es6)中引入，让原本必须一次执行完毕函数，现在可以在中间暂停，并在下次继续执行，这就让 js 可以模拟协程的概念

其实关于 Generator 我开始也是拒绝的，这东西本来不是为异步而生，是为了产生持续生成的数据，和迭代器是天生一对，而把他用在异步上优点类似那 float 做布局（float 本来只是为了实现文字环绕的效果)，有点绕，不是很好理解

动画的例子用 generator 实现如下，就好像是同步的一样

function* gen() {
    yield moveTo(100, 0);
    yield moveTo(200, 0);
    yield moveTo(300, 0);
    yield moveTo(400, 0);

    // 无限不循环
}

run(gen);

moveTo 函数如下

function moveTo(x = 0, y = 0) {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        move(".box").x(x).y(y).end(resolve);
    });
}

看吧，多么简洁，简直完美，但我发誓当你看到 run 函数后你就疯了

function run(fn) {
    let gen = fn();

    function next(data) {
        var res = gen.next(data);
        if (res.done) return res.value;

        res.value.then(function (data) {
            next(data);
        });
    }

    next();
}

生成器要实现异步，必须得有启动函数，也就是 run，好在社区有封装好的 run 函数，比如 co 这个库

生成器能很好的解决 Promise 不能解决的问题，如违反直觉，繁琐的代码，但也有其自身的问题，比如不太好理解，蹩脚，需要启动器

Promise 那一节，我说如果没有 Promise 就可能没有 generator，而不是必须呢？因为 generator 实现异步除了基于 Promise，还可以基于 thunk 函数，感兴趣的你自行查阅吧，祝好

async/await

那么有没有一种完美方案呢？还真有啊，es2017(es8)给我们带来了异步函数，这家伙简直就是自带启动器的生成器函数，好吧他就是给予 generator 的

动画的例子用异步函数来实现

async function run() {
    await moveTo(100, 0);
    await moveTo(200, 0);
    await moveTo(300, 0);
    await moveTo(400, 0);

    // 无限不循环
}

run();

moveTo 函数如下

async function moveTo(x = 0, y = 0) {
    await new Promise(function (resolve, reject) {
        move(".box").x(x).y(y).end(resolve);
    });
}

完美同步般的代码，自带启动器，世界终于重归美好，终极异步方案，还学什么 generator 啊

总结

上面只是介绍了 js 中异步编程的全部方法，如果你想深入了解异步编程，那么我推荐一本书《你不知道的 JavaScript》中卷，这本书能解答你全部的疑惑