深入Javascript异步编程

• 深入Javascript异步编程
  • • 一、 什么是同步编程、异步编程
    • 二、 剖析异步编程
    • 三、 异步编程的几种方式
    • 四、 总结

一、 什么是同步编程、异步编程

• 传统的同步编程是一种请求响应模型，调用一个方法，等待其响应返回。
• 异步编程就是要重新考虑是否需要响应的问题，也就是缩小需要响应的地方。因为越快获得响应，就是越同步化，顺序化，事务化，性能差化。

1. 同步编程

任务「Task1，Task2，Task3」进入主线程排队，一个接一个按部就班顺序执行，如下图：

2. 异步编程

任务不进入主线程，进入「任务队列」，当主线程执行完毕后开始读取任务队列，如下图：

运行机制：

* 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈 (execution context stack)
* 主线程之外，还存在一个"任务队列"(task queue)。当异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。
* 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件，对应的异步任务结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
* 主线程不断重复上面的第三步。

3. 常见的异步任务

• setTimeout
• setInterval
• setImmediate
• Promise
• MutationObserver
• process.nextTick
• ……

二、 剖析异步编程

1. 看一个DEMO

setTimeout(() => {
    console.log(1)
}, 0)
Promise.resolve().then(() => {
    console.log(2)
})
Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
})
console.log(4)

运行后发现打印结果是：4 -> 2 -> 3 -> 1，带着疑问我们看下面的讲解……

2. Event loop事件

Javascript事件循环可以分为这样的一个过程：分别是 宏任务 -> 执行栈 -> 微任务

从上图中我们拆分理解：

• 一个事件循环(event loop)会有一个或多个任务队列(task queue)
• task queue 就是 macrotask queue
• 每一个 event loop 都有一个 microtask queue
• task queue == macrotask queue != microtask queue
• 一个任务 task 可以放入 macrotask queue 也可以放入 microtask queue 中

3. Microtasks 和 Macrotasks的分类

• macrotasks:
  
  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate
  • I/O
  • UI rendering
• microtasks:
  
  • process.nextTick
  • Promises
  • Object.observe(废弃)
  • MutationObserver

4. 运行差异

我们再来看一个比较有意思的例子

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('micro')
})
Promise.resolve().then(() => {
    console.log('micro')
})
setTimeout(() => {
    console.log('macro')
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('insert-micro')
    })
}, 0)
setTimeout(() => {
    console.log('macro')
}, 0)
console.log('start')

结果来看打印顺序分别是start -> micro -> micro -> macro -> insert-micro -> macro

在timer执行栈中会执行I/O，idle，prepare，再通过poll方式去看是否有micro事件去执行，check确认没有任务可以执行就会关闭callbacks……

简单来说: 事件循环的顺序，决定了JavaScript代码的执行顺序，它从script(整体代码)开始第一次循环，之后全局上下文进入函数调用栈，直到调用栈清空(只剩全局)，然后执行所有的micro-task，当所有可执行的micro-task执行完毕之后，循环再次从macro-task开始，找到其中一个任务队列执行完毕，然后再执行所有的micro-task，这样一直循环下去。

三、 异步编程的几种方式

1. 回调函数

const fn = callback => {
    setTimeout(() => {
        callback && callback(1)
    }, 1000)
}
fn(n => {
    console.log(n)
})

这种回调函数通过setTimeout来执行callback，从而达到异步的效果

2. 事件监听

dom.on('done', () => {})
dom.on('done', () => {})
setTimeout(() => {
    dom.trigger('done')
}, 1000)

这种通过给dom绑定监听’done’事件，同时借助setTimeout来达到异步效果

3. 发布/订阅

下图是通过发布/订阅来实现异步操作

这里简单聊一下观察者模式和发布/订阅的异同点:

• 观察者模式由具体目标进行调度的
• 发布/订阅模式由统一由调度中心调度
• 观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的
• 发布/订阅模式不存在依赖

4. Promise

Promise是抽象异步处理对象以及对其进行各种操作的组件，它是基于并列 /并行处理设计的一种编程语言，Promise对象用于表示一个异步操作的最终状态(完成或失败)，以及其返回的值。

我们从上图可看出Promise是一个接一个走下去的，该实现方式其实包括了队列/链式
其中队列的实现方式如下：

实现方式：

constructor:

handle:

next:

链式的实现方式如下：

constructor:

handle:

next:

5. Generator、Async/Await

Generator是一个状态机，它封装了多个内部状态，执行它将生成一个遍历器对象，而async函数是Generator函数的语法糖，await返回一个Promise对象，如果不是，会被转换成一个立即执行的Promise对象，await将等待当前行执行完成才会继续之后的内容。所以这里就举一个比较简单的例子了……

async function f() {
  await Promise.reject('出错了')
    .catch(e => console.log(e));
  return await Promise.resolve('hello world');
}

f().then(v => console.log(v))
// 出错了
// hello world

四、 总结

到此为止，我们基本上剖析完整个Javascript的异步编程了，因为Javascript是单线程的（虽然现在有了woker，但就目前看来实用性并不强），因此异步编程对其尤为重要。拿nodejs来说，外壳是一层js语言，这是用户操作的层面，在这个层次上它是单线程运行的，所以我们会在很多场景下用到异步操作，虽然node底层运用了很多多线程的操作，但对于用户层是透明的，所以掌握好Javascript的异步编程对于我们coder来说还是很有必要的。