[JavaScript][异步]JS 异步解决6种方案的发展历程以及优缺点

清疚 2022-11-30 04:16 179阅读 0赞

## JS 异步解决方案的发展历程以及优缺点 ##

你可能知道，Javascript语言的执行环境是"单线程"（single thread）。

所谓"单线程"，就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务，就必须排队，前面一个任务完成，再执行后面一个任务，以此类推。

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。

为了解决这个问题，Javascript语言将任务的执行模式分成两种：同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）。

"同步模式"就是上一段的模式，后一个任务等待前一个任务结束，然后再执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的；"异步模式"则完全不同，每一个任务有一个或多个回调函数（callback），前一个任务结束后，不是执行后一个任务，而是执行回调函数，后一个任务则是不等前一个任务结束就执行，所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。

"异步模式"非常重要。在浏览器端，耗时很长的操作都应该异步执行，避免浏览器失去响应，最好的例子就是Ajax操作。在服务器端，"异步模式"甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，如果允许同步执行所有http请求，服务器性能会急剧下降，很快就会失去响应。

本文总结了"异步模式"编程的6种方法，理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。

#### 一、回调函数 ####

这是异步变成最基本的方法  
假定有两个函数f1和f2，后者等待前者的执行结果

f1();
    		f2();

如果f1是一个很耗时的任务，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数

function f1(callback){ 
    			setTimeout(function(){ 
    				//f1的任务代码
    				callback();
    			},1000);
    		}

执行代码就会变成下面这样：

f1(f2);

采用这种方式，我们把同步操作变成了异步操作，f1不会堵塞程序运行，相当于先执行程序的主要逻辑，将耗时的操作推迟执行。

回调函数的优点是：**简单、容易理解和部署。**  
回调函数的缺点是：**回调地狱，不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合(Coupling)，流程会很乱，而且每个任务只能指定一个回调函数，不能用 try catch 捕获错误，不能 return**  
**回调地狱**的根本问题在于：

*  缺乏顺序性： 回调地狱导致的调试困难，和大脑的思维方式不符
 *  嵌套函数存在耦合性，一旦有所改动，就会牵一发而动全身，即（控制反转）
 *  嵌套函数过多的多话，很难处理错误

ajax('XXX1', () => { 
    		    // callback 函数体
    		    ajax('XXX2', () => { 
    		        // callback 函数体
    		        ajax('XXX3', () => { 
    		            // callback 函数体
    		        })
    		    })
    		})

#### 二、事件监听 ####

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生，还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件(这里采用jQuery的写法)。

f1.on('done',f2);

上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：

function f1(){ 
    	　　　　setTimeout(function () { 
    	　　　　　　// f1的任务代码
    	　　　　　　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。**

这种方法的缺点是：**整个程序都要变成事件驱动型，运行流畅会变得恨不清晰**

#### 三、发布/订阅 ####

上一节的“事件”，完全可以理解成“信号”。

我们假定，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），当然这两个模式还是有区别的，如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTQwMjE5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

发布/订阅模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

首先，f2向“信号中心”jQuery订阅"done"信号。

jQuery.subscribe("done",f2);

然后，f1进行如下改写：

function f1(){ 
    	　　　　setTimeout(function () { 
    	　　　　　　// f1的任务代码
    	　　　　　　jQuery.publish("done");
    	　　　　}, 1000);
    	　　}

`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。

此外，f2完成执行后，也可以取消订阅(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“事件监听”。因为我们可以通过查看“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。

#### 四、Promises对象 ####

Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，目的是为异步编程提供统一接口。简单说，他的思想是，每一个异步任务返回一个Promise对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数。比如，f1的回调函数f2，可以写成：

f1().then(f2);

f1要进行如下改写（这里用的是jQuery的实现）：

function f1(){ 
    			var dfd=$.Deferred();
    			setTimeout(function(){ 
    				//f1的任务代码
    				dfd.resolve();
    			},500);
    			return dfd.promise;
    		}

这样写的优点在于，**回调函数变成了链式写法，程序的流程可以看得很清楚，解决了回调地狱的问题，而且这种写法有一整套的配套方法，可以实现许多强大的功能。**

比如，指定多个回调函数：

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

ajax('XXX1')
    		  .then(res => { 
    		      // 操作逻辑
    		      return ajax('XXX2')
    		  }).then(res => { 
    		      // 操作逻辑
    		      return ajax('XXX3')
    		  }).then(res => { 
    		      // 操作逻辑
    		  })

再比如，指定发生错误时的回调函数：

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

而且，它还有一个前三种方法都没有的好处：**如果一个任务已经达成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。**  
这种方法的缺点就是**编写和理解都相对比较难。无法取消 Promise ，错误需要通过回调函数来捕获。**

#### 五、Generator ####

**特点：可以控制函数的执行，可以配合 co 函数库使用**

function *fetch() { 
    		    yield ajax('XXX1', () => { })
    		    yield ajax('XXX2', () => { })
    		    yield ajax('XXX3', () => { })
    		}
    		let it = fetch()
    		let result1 = it.next()
    		let result2 = it.next()
    		let result3 = it.next()

#### 六、Async/await ####

async、await 是异步的终极解决方案

优点是：**代码清晰，不用像 Promise 写一大堆 then 链（当然也解决了回调地狱的问题）**

缺点：**await 将异步代码改造成同步代码，如果多个异步操作没有依赖性而使用 await 会导致性能上的降低。**

async function test() { 
    	    // 以下代码没有依赖性的话， 完全可以使用Promise.all(iterable)的方式
    		// 即Promise.all([promise1, promise2, promise3])
    		// 如果有依赖性的话，其实就是解决回调地狱的例子了
    		  await fetch('XXX1')
    		  await fetch('XXX2')
    		  await fetch('XXX3')
    }

下面来看一个使用 await 的例子：

let a = 0
    		let b = async () => { 
    		  a = a + await 10
    		  console.log('2', a) // -> 在输出'2' 10
    		}
    		b()
    		a++
    		console.log('1', a) // -> 先输出'1' 1

对于以上代码你可能会有疑惑，让我来解释下原因

*  首先函数 b 先执行，在执行到 await 10 之前变量 a 还是 0，因为 await 内部实现了 generator ，**generator 会保留堆栈中东西，所以这时候 a = 0 被保存了下来**
 *  因为 await 是异步操作，后来的表达式不返回 Promise 的话，就会包装成  
    Promise.reslove(返回值)，然后会去执行函数外的同步代码
 *  同步代码执行完毕后开始执行异步代码，将保存下来的值拿出来使用，这时候 a = 0 + 10

上述解释中提到了 await 内部实现了 generator，其实 await 就是 generator 加上 Promise的语法糖，且内部实现了自动执行 generator。如果你熟悉 co 的话，其实自己就可以实现这样的语法糖。

参考文章  
1.https://github.com/Advanced-Frontend/Daily-Interview-Question/issues/11  
2.http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/12/asynchronous%EF%BC%BFjavascript.html

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