JS 异步编程六种方案

摘要：接下来介绍下异步编程六种方法。六生成器函数是提供的一种异步编程解决方案，语法行为与传统函数完全不同，最大的特点就是可以控制函数的执行。参考文章前端面试之道异步编程的种方法你不知道的中卷函数的含义和用法替代的个理由

我们知道Javascript语言的执行环境是"单线程"。也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。

这种模式虽然实现起来比较简单，执行环境相对单纯，但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：同步和异步。本文主要介绍异步编程几种办法，并通过比较，得到最佳异步编程的解决方案！

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我们可以通俗理解为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。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。比如，有一个任务是读取文件进行处理，异步的执行过程就是下面这样

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

"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。接下来介绍下异步编程六种方法。

回调函数是异步操作最基本的方法。以下代码就是一个回调函数的例子：

ajax(url, () => {
    // 处理逻辑
})

但是回调函数有一个致命的弱点，就是容易写出回调地狱（Callback hell）。假设多个请求存在依赖性，你可能就会写出如下代码：

ajax(url, () => {
    // 处理逻辑
    ajax(url1, () => {
        // 处理逻辑
        ajax(url2, () => {
            // 处理逻辑
        })
    })
})

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，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。此外它不能使用 try catch 捕获错误，不能直接 return。

这种方式下，异步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。

下面是两个函数f1和f2，编程的意图是f2必须等到f1执行完成，才能执行。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的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.trigger("done");
  }, 1000);
}

上面代码中，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"，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。

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）。

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 () {
    // ...
    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。

Promise本意是承诺，在程序中的意思就是承诺我过一段时间后会给你一个结果。 什么时候会用到过一段时间？答案是异步操作，异步是指可能比较长时间才有结果的才做，例如网络请求、读取本地文件等

Pending----Promise对象实例创建时候的初始状态

Fulfilled----可以理解为成功的状态

Rejected----可以理解为失败的状态

这个承诺一旦从等待状态变成为其他状态就永远不能更改状态了，比如说一旦状态变为 resolved 后，就不能再次改变为Fulfilled

let p = new Promise((resolve, reject) => {
  reject("reject")
  resolve("success")//无效代码不会执行
})
p.then(
  value => {
    console.log(value)
  },
  reason => {
    console.log(reason)//reject
  }
)

当我们在构造 Promise 的时候，构造函数内部的代码是立即执行的

new Promise((resolve, reject) => {
  console.log("new Promise")
  resolve("success")
})
console.log("end")
// new Promise => end

每次调用返回的都是一个新的Promise实例(这就是then可用链式调用的原因)

如果then中返回的是一个结果的话会把这个结果传递下一次then中的成功回调

如果then中出现异常,会走下一个then的失败回调

在 then中使用了return，那么 return 的值会被Promise.resolve() 包装(见例1，2)

then中可以不传递参数，如果不传递会透到下一个then中(见例3)

catch 会捕获到没有捕获的异常

接下来我们看几个例子：

  // 例1
  Promise.resolve(1)
  .then(res => {
    console.log(res)
    return 2 //包装成 Promise.resolve(2)
  })
  .catch(err => 3)
  .then(res => console.log(res))

// 例2
Promise.resolve(1)
  .then(x => x + 1)
  .then(x => {
    throw new Error("My Error")
  })
  .catch(() => 1)
  .then(x => x + 1)
  .then(x => console.log(x)) //2
  .catch(console.error)

// 例3
let fs = require("fs")
function read(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    fs.readFile(url, "utf8", (err, data) => {
      if (err) reject(err)
      resolve(data)
    })
  })
}
read("./name.txt")
  .then(function(data) {
    throw new Error() //then中出现异常,会走下一个then的失败回调
  }) //由于下一个then没有失败回调，就会继续往下找，如果都没有，就会被catch捕获到
  .then(function(data) {
    console.log("data")
  })
  .then()
  .then(null, function(err) {
    console.log("then", err)// then error
  })
  .catch(function(err) {
    console.log("error")
  })

Promise不仅能够捕获错误，而且也很好地解决了回调地狱的问题，可以把之前的回调地狱例子改写为如下代码：

ajax(url)
  .then(res => {
      console.log(res)
      return ajax(url1)
  }).then(res => {
      console.log(res)
      return ajax(url2)
  }).then(res => console.log(res))

它也是存在一些缺点的，比如无法取消 Promise，错误需要通过回调函数捕获。

Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案，语法行为与传统函数完全不同，Generator 最大的特点就是可以控制函数的执行。

语法上，首先可以把它理解成，Generator 函数是一个状态机，封装了多个内部状态。

Generator 函数除了状态机，还是一个遍历器对象生成函数。

可暂停函数, yield可暂停，next方法可启动，每次返回的是yield后的表达式结果。

yield表达式本身没有返回值，或者说总是返回undefined。next方法可以带一个参数，该参数就会被当作上一个yield表达式的返回值。

我们先来看个例子：

function *foo(x) {
  let y = 2 * (yield (x + 1))
  let z = yield (y / 3)
  return (x + y + z)
}
let it = foo(5)
console.log(it.next())   // => {value: 6, done: false}
console.log(it.next(12)) // => {value: 8, done: false}
console.log(it.next(13)) // => {value: 42, done: true}

可能结果跟你想象不一致，接下来我们逐行代码分析：

首先 Generator 函数调用和普通函数不同，它会返回一个迭代器

当执行第一次 next 时，传参会被忽略，并且函数暂停在 yield (x + 1) 处，所以返回 5 + 1 = 6

当执行第二次 next 时，传入的参数12就会被当作上一个yield表达式的返回值，如果你不传参，yield 永远返回 undefined。此时 let y = 2 12，所以第二个 yield 等于 2 12 / 3 = 8

当执行第三次 next 时，传入的参数13就会被当作上一个yield表达式的返回值，所以 z = 13, x = 5, y = 24，相加等于 42

我们再来看个例子：有三个本地文件，分别1.txt,2.txt和3.txt，内容都只有一句话，下一个请求依赖上一个请求的结果，想通过Generator函数依次调用三个文件

//1.txt文件
2.txt

//2.txt文件
3.txt

//3.txt文件
结束

let fs = require("fs")
function read(file) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    fs.readFile(file, "utf8", function(err, data) {
      if (err) reject(err)
      resolve(data)
    })
  })
}
function* r() {
  let r1 = yield read("./1.txt")
  let r2 = yield read(r1)
  let r3 = yield read(r2)
  console.log(r1)
  console.log(r2)
  console.log(r3)
}
let it = r()
let { value, done } = it.next()
value.then(function(data) { // value是个promise
  console.log(data) //data=>2.txt
  let { value, done } = it.next(data)
  value.then(function(data) {
    console.log(data) //data=>3.txt
    let { value, done } = it.next(data)
    value.then(function(data) {
      console.log(data) //data=>结束
    })
  })
})
// 2.txt=>3.txt=>结束

从上例中我们看出手动迭代Generator 函数很麻烦，实现逻辑有点绕，而实际开发一般会配合 co 库去使用。co是一个为Node.js和浏览器打造的基于生成器的流程控制工具，借助于Promise，你可以使用更加优雅的方式编写非阻塞代码。

安装co库只需：npm install co

上面例子只需两句话就可以轻松实现

function* r() {
  let r1 = yield read("./1.txt")
  let r2 = yield read(r1)
  let r3 = yield read(r2)
  console.log(r1)
  console.log(r2)
  console.log(r3)
}
let co = require("co")
co(r()).then(function(data) {
  console.log(data)
})
// 2.txt=>3.txt=>结束=>undefined

我们可以通过 Generator 函数解决回调地狱的问题，可以把之前的回调地狱例子改写为如下代码：

function *fetch() {
    yield ajax(url, () => {})
    yield ajax(url1, () => {})
    yield ajax(url2, () => {})
}
let it = fetch()
let result1 = it.next()
let result2 = it.next()
let result3 = it.next()

使用async/await，你可以轻松地达成之前使用生成器和co函数所做到的工作,它有如下特点：

async/await是基于Promise实现的，它不能用于普通的回调函数。

async/await与Promise一样，是非阻塞的。

async/await使得异步代码看起来像同步代码，这正是它的魔力所在。

一个函数如果加上 async ，那么该函数就会返回一个 Promise

async function async1() {
  return "1"
}
console.log(async1()) // -> Promise {: "1"}

Generator函数依次调用三个文件那个例子用async/await写法，只需几句话便可实现

let fs = require("fs")
function read(file) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    fs.readFile(file, "utf8", function(err, data) {
      if (err) reject(err)
      resolve(data)
    })
  })
}
async function readResult(params) {
  try {
    let p1 = await read(params, "utf8")//await后面跟的是一个Promise实例
    let p2 = await read(p1, "utf8")
    let p3 = await read(p2, "utf8")
    console.log("p1", p1)
    console.log("p2", p2)
    console.log("p3", p3)
    return p3
  } catch (error) {
    console.log(error)
  }
}
readResult("1.txt").then( // async函数返回的也是个promise
  data => {
    console.log(data)
  },
  err => console.log(err)
)
// p1 2.txt
// p2 3.txt
// p3 结束
// 结束

如果请求两个文件，毫无关系，可以通过并发请求

let fs = require("fs")
function read(file) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    fs.readFile(file, "utf8", function(err, data) {
      if (err) reject(err)
      resolve(data)
    })
  })
}
function readAll() {
  read1()
  read2()//这个函数同步执行
}
async function read1() {
  let r = await read("1.txt","utf8")
  console.log(r)
}
async function read2() {
  let r = await read("2.txt","utf8")
  console.log(r)
}
readAll() // 2.txt 3.txt

1.JS 异步编程进化史：callback -> promise -> generator -> async + await

2.async/await 函数的实现，就是将 Generator 函数和自动执行器，包装在一个函数里。

3.async/await可以说是异步终极解决方案了。

(1) async/await函数相对于Promise，优势体现在：

处理 then 的调用链，能够更清晰准确的写出代码

并且也能优雅地解决回调地狱问题。

当然async/await函数也存在一些缺点，因为 await 将异步代码改造成了同步代码，如果多个异步代码没有依赖性却使用了 await 会导致性能上的降低，代码没有依赖性的话，完全可以使用 Promise.all 的方式。

(2) async/await函数对 Generator 函数的改进，体现在以下三点：

内置执行器。

Generator 函数的执行必须靠执行器，所以才有了 co 函数库，而 async 函数自带执行器。也就是说，async 函数的执行，与普通函数一模一样，只要一行。

更广的适用性。 co 函数库约定，yield 命令后面只能是 Thunk 函数或 Promise 对象，而 async 函数的 await 命令后面，可以跟 Promise 对象和原始类型的值（数值、字符串和布尔值，但这时等同于同步操作）。

更好的语义。 async 和 await，比起星号和 yield，语义更清楚了。async 表示函数里有异步操作，await 表示紧跟在后面的表达式需要等待结果。

Promises/A+

前端面试之道

Javascript异步编程的4种方法

你不知道的JavaScript（中卷）

async 函数的含义和用法

Async/Await替代Promise的6个理由