高级异步模式 - Promise 单例

单例 Promise

在本文中，我们将研究如何使用我所说的 Singleton Promise 模式来改进并发的 JavaScript 代码。

首先我们会看一个常见的延迟初始化用例。然后我们将展示一个简单的解决方案，如何包含竞争条件错误。最后，我们将使用单例 Promise 来解决竞争条件并正确解决问题。

一个例子：一次性懒惰初始化

“一次性懒惰初始化” 是一个很麻烦的操作，但实际上使用场景很普遍。例如，它通常适用于数据库客户端（Sequelize，Mongoose，TypeORM 等），或基于这些客户端的封装。

用简单的说法解释：懒惰的一次性初始化意味着数据库客户端在执行任何查询之前会根据需要初始化自身，并且只会执行一次。

初始化

在这种情况下，初始化意味着使用数据库服务器进行身份验证，从连接池中获取连接或执行查询之前必须完成的所有操作。

懒惰

请注意，支持延懒惰始化是符合人体工程学的。这意味着客户端将在执行第一个查询的时候自动连接。调用者不需要显式连接数据库客户端，因为客户端封装了连接状态。

一次性

一次性意味着初始化仅发生一次。这很重要，因为例如过多的初始化可能会增加延迟或耗尽连接池。

简单的解决方案

我们了解了需求以后，先实现一个简单的数据库客户端。

首先公开一个 getRecord() 方法，该方法在内部调用 .connect() 执行初始化的私有方法：

class DbClient {
  private isConnected: boolean;

  constructor() {
    this.isConnected = false;
  }

  private async connect() {
    if (this.isConnected) {
      return;
    }

    await connectToDatabase(); // stub
    this.isConnected = true;
  }

  public async getRecord(recordId: string) {
    await this.connect();
    return getRecordFromDatabase(recordId); // stub
  }
}

实际实现 connectToDatabase() 和 getRecordFromDatabase() 在这里并不重要。

乍一看，这看起来还不错。如果客户端还没连接，它将自动连接。这意味着使用者可以简单地执行查询而无需关心连接状态：

const db = new DbClient()
const record = await db.getRecord('record1');

所以，我们实现了一次懒惰的初始化，对吗？

没那么快。再看一下这个 .getRecord() 方法，看看是否可以发现并发竞争条件。

条件竞争

如果我们有一个并发查询的场景：

const db = new DbClient();
const [record1, record2] = await Promise.all([
  db.getRecord('record1'),
  db.getRecord('record2'),
]);

这可能会导致我们的数据库客户端连接两次！我们违反了“一次性”要求！

问题是这样的：因为我们的数据库客户端的 .connect() 方法是异步的，所以在 .getRecord() 执行第二个调用时不太可能已经完成。this.isConnected 依然是 false。

这似乎看起来没什么大不了的。但是，这个问题曾经真实发生在我负责的一个系统上，它造成了资源泄漏，最终导致服务器瘫痪～

单例 Promise

就像上面说的，问题很细节，但是很重要！

我们可以引入一个额外的 isConnectionInProgress 布尔值，用于记录第一个 .connect() 调用的 Promise 的引用。然后，我们可以保证在执行任何将来的查询之前，该 Promise 已得到解决：

class DbClient {
  private connectionPromise: Promise<void> | null;

  constructor() {
    this.connectionPromise = null;
  }

  private async connect() {
    if (!this.connectionPromise) {
      this.connectionPromise = connectToDatabase(); // stub
    }

    return this.connectionPromise;
  }

  public async getRecord(recordId: string) {
    await this.connect();
    return getRecordFromDatabase(recordId); // stub
  }
}

由于变量 this.connectionPromise 是同步分配的，因此 .getRecord() 可以确保重复调用始终重用相同的 Promise 。这意味着第二个 .getRecord() 调用将等到第一个调用 .connect()解决后再继续。

我们已经修复了该错误！通过以这种方式进行限制，我们可以防止并发初始化。

一个实验

如果您不熟悉 Promise ，我们的最终 DbClient 实现可能对你而言并不直观。我们如何在 connectionPromise 不等待的情况下使用它，以及如何调用 await this.connectionPromise 解决已解决的问题？

之所以可行，是因为仍可以等待已解决的 Promise 。（这实际上是 await Promise.resolve() 工作方式，因为它Promise.resolve() 返回了已解决的 Promise。）

你可以在浏览器的JS控制台中运行该实验：

const sleep = (ms) => new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, ms));
const myPromise = sleep(5000); // Note we don't `await` yet.

console.time('first await');
await myPromise;
console.timeEnd('first await');

console.time('second await');
await myPromise;
console.timeEnd('second await');

它输出：

first await: 5002ms - timer ended
second await: 0ms - timer ended

该实验表明：

• 我们可以多次等待同样的 Promise 。
• 我们可以等待已经解决的 Promise ，并且将立即解决。