JavaScript异步编程操作实现介绍

JavaScript/前端
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2023-02-12
JavaScript 实现阻碍调试
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目录
  • 异步编程
  • 同步模式与异步模式
  • 同步模式（Synchronous）
  • 异步模式（Asynchronous）
  • 回调函数
  • Promise
  • Promise基本用法
  • Promise使用案例
  • Promise常见误区
  • Promise异常处理
  • Promise静态方法
  • 宏任务与微任务
  • Generator 异步方案
  • 生成器函数回顾
  • async与await

异步编程

目前主流的JavaScript执行环境都是以单线程执行JavaScript的。

JavaScript早期只是一门负责在浏览器端执行的脚本语言，主要用来操作DOM，如果其添加的同时又删除了DOM，浏览器就不知道该如何是好，所以其就被设计成为单线程模型。而随着JavaScript能做的事情越来越多，如果一直维持同步编程的话，就会导致浏览器卡在某个耗时操作无法进行下一步，造成浏览器假死的现象，影响用户体验。因此，异步编程应运而生。

同步模式与异步模式

同步模式（Synchronous）

同步模式是指代码是同步执行的，下一步的代码执行必须要等到上一步的代码完成之后才能执行，执行顺序就为代码的编写顺序。

console.log('global begin')
function bar() {
    console.log('bar task')
}
function foo() {
    console.log('foo task')
    bar()
}
foo()
console.log('global end')

异步模式（Asynchronous）

不会去等待这个任务的执行完成才去执行下一个任务，开启过后就立即开始下一个任务，后续逻辑一般会通过回调函数来进行定义。

console.log('global begin')
setTimeout(function timer1 () {
  console.log('timer1 invoke')
}, 1800)
setTimeout(function timer2 () {
  console.log('timer2 invoke')

  setTimeout(function inner () {
    console.log('inner invoke')
  }, 1000)
}, 1000)
console.log('global end')

回调函数

回调函数——所有异步编程方案的根基

其实回调函数就是封装你想要对某些数据进行的操作，等到你想要进行的操作结束后，再调用这个函数。

一讲起回调函数，面试中一般都会被问到，什么是回调地狱？如何解决回调地狱。以下面代码为例：

// 回调地狱，只是示例，不能运行
$.get('/url1', function (data1) {
  $.get('/url2', data1, function (data2) {
    $.get('/url3', data2, function (data3) {
      $.get('/url4', data3, function (data4) {
        $.get('/url5', data4, function (data5) {
          $.get('/url6', data5, function (data6) {
            $.get('/url7', data6, function (data7) {
              // 略微夸张了一点点
            })
          })
        })
      })
    })
  })
})

一大串的回调不仅难以阅读，当代码出现错误时，找出代码错误更是一种折磨。幸运的是，JavaScript是在不断发展的，在ES2015(ES6)中，出现了一种解决方法，妈妈再也不用担心我写代码碰到回调地狱了。

Promise

Promise——一种更优的异步编程统一方案

你可以把Promise理解成“承诺”或者“期约”（js高程作者的翻译，想了解的话，可以去看看红宝书第四版），你已经声明了这个东西，它在未来的时间一定会执行，你可以相信它。

首先，你要了解Promise是有三种状态，即pending（等待）、onFulfilled（完成）、onRejected（失败），完成或失败状态一旦确定，就是无法更改的。

Promise基本用法

const promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // 注意，要得到reject的结果时要先把resolved的代码注释掉，原因上面已经解释了
  resolve(100)    // 兑现承诺
  reject(new Error('promise rejected'))   // 承诺失败
})
promise.then(function(value) {
  console.log('resolved', value)
}, function(error) {
  console.log('rejected', error)
})
console.log('end')

每个new Promise都接受两个参数，第一个为兑现承诺的函数，会将函数中的值传递给promise实例，reject等同。而返回的promise又自带一个then方法，也接受两个参数，一个代表成功的回调，一个代表失败的回调。

Promise使用案例

在当前文件夹下新建一个文件夹，其中随便放两个json文件，用来模拟ajax请求。

// Promise 方式的 AJAX
function ajax(url) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    let xhr = new XMLHttpRequest()
    xhr.open('GET', url)
    xhr.responseType = 'json'
    xhr.onload = function() {
      if (this.status === 200) {
        resolve(this.response)
      } else {
        reject(new Error(this.statusText))
      }
    }
    xhr.send()
  })
}
ajax('./api/posts.json').then(function (res) {
  console.log(res)
}, function(err) {
  console.log(err)
})

注意，上述代码应该在浏览器端运行。

Promise常见误区

有人学了promise之后，可能还是会写出这样的代码：

ajax('/api/urls.json').then(function (urls) {
  ajax(urls.users).then(function (users) {
    ajax(urls.users).then(function (users) {
      ajax(urls.users).then(function (users) {
        ajax(urls.users).then(function (users) {
        })
      })
    })
  })
})

说实话，这样写还不如不写。正经写法是链式调用，学过jQuery的同学应该不会陌生吧。

ajax('/api/users.json')
  .then(function (value) {
    console.log(1111)
    return ajax('/api/urls.json')
  }) // => Promise
  .then(function (value) {
    console.log(2222)
    console.log(value)
    return ajax('/api/urls.json')
  }) // => Promise
  .then(function (value) {
    console.log(3333)
    return ajax('/api/urls.json')
  }) // => Promise
  .then(function (value) {
    console.log(4444)
    return 'foo'
  }) // => Promise
  .then(function (value) {
    console.log(5555)
    console.log(value)
  })

Promise异常处理

通过.catch方法来捕获异常。

ajax('/api/users.json')
  .then(function onFulfilled (value) {
    console.log('onFulfilled', value)
    return ajax('/error-url')
  })
  .catch(function onRejected (error) {
    console.log('onRejected', error)
  })

其实catch方法和then方法实现差不太多，不过是then方法第一个参数传入undefine，一个语法糖而已。还有一个有意思的现象是，当中间的then出现错误时，会直接穿透到最后的catch方法，有兴趣了解怎么实现的可以去看看源码。相信你一定会有所收获。

Promise静态方法

  • Promise.resolve
Promise.resolve('foo')
  .then(function (value) {
    console.log(value)
  })

该方法会直接将传入的内容当作一个onFulfilled对象返回；其也可以传入一个Promise对象，直接返回Promise.resolve方法；传入一个带有then方法的函数也同理。

  • Promise.reject

该方法和上述一样调用，不过后面是接一个catch。

  • Promise.all

该方法接受一个数组，会等待数组内的方法全部调用完后再返回一个数组对象。

  • Promise.race

该方法会返回最先完成的promise。

宏任务与微任务

// 微任务
console.log('global start')
// setTimeout 的回调是 宏任务，进入回调队列排队
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout')
}, 0)
// Promise 的回调是 微任务，本轮调用末尾直接执行
Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log('promise')
  })
  .then(() => {
    console.log('promise 2')
  })
  .then(() => {
    console.log('promise 3')
  })
console.log('global end')

每次调用宏任务之前，都得确保微任务队列清空，所以也就能理解上面为什么会按照那样的顺序进行输出。

常见的宏任务有

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate
  • I/O
  • UI rendering

常见的微任务有

  • promise
  • nextTick
  • mutationObserver

Generator 异步方案

ES6也推出了Generator异步解决方案。首先来看下生成器函数如何使用。

生成器函数回顾

function *foo() {
  console.log('satrt')
  try {
    const res = yield 'foo'
    console.log(res)
  } catch (e) {
    console.log(e)
  }
}
const generator = foo()
const result = generator.next()
console.log(result)
generator.throw(new Error('Generato error'))

生成器函数比普通函数多了个 * ，其放左放右都无所谓，我个人倾向于放右边。

其内部有一个next方法，返回一个对象，大概就是这个样子

{ value: 'foo', done: false }

value为yield返回的值，当然，如果你调用yield时传入了值，返回的值就是你传入的值。当执行完毕时，done就变成了true。

function * main () {
  try {
    const users = yield ajax('/api/users.json')
    console.log(users)
    const posts = yield ajax('/api/posts.json')
    console.log(posts)
    const urls = yield ajax('/api/urls11.json')
    console.log(urls)
  } catch (e) {
    console.log(e)
  }
}
function co (generator) {
  const g = generator()
  function handleResult (result) {
    if (result.done) return // 生成器函数结束
    result.value.then(data => {
      handleResult(g.next(data))
    }, error => {
      g.throw(error)
    })
  }
  handleResult(g.next())
}
co(main)

你只要理解了这个，即要通过你调用next方法才会进行到下一步，否则代码就会停在yield那里。不过，你这样每次享受优美代码时都还是需要自己编写一个co函数，未免有点太过麻烦。不过不用担心，async就要出场了。

async与await

async、await——可能是异步的终极解决方案

async function main () {
  try {
    const users = await ajax('/api/users.json')
    console.log(users)
    const posts = await ajax('/api/posts.json')
    console.log(posts)
    const urls = await ajax('/api/urls.json')
    console.log(urls)
  } catch (e) {
    console.log(e)
  }
}

你只需要在函数定义前加一个async，并在你想要等待的完成操作后的函数前加一个await，就可以实现同步的书写代码而异步调用，怎么样？这是不是更加优雅方便了呢？鉴于目前ECMAScript的发展趋势，保不准哪一天不需要async，直接用await就能实现异步编程了。

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