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前端异步编程的那些事

Ada 三七互娱技术团队
2020年05月09日 10:00












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一、异步编程的运行机制

    

    我们学习Javascript语言的时候就知道它的执行环境是”单线程“的。

    所谓”单线程“，就是指一次只能处理一个任务。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。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。  

    所以为了解决“单线程”引发的出来的问题，就有了前端异步编程的这个解决方案，下面我们就来探讨一下浏览器的异步编程是一个怎么的运行机制。


1.1异步任务

    前端中常见的异步任务有以下：

•    回调函数

•     事件绑定

•     定时器（settimeout ,setinterval）

•     ajax

•     Promise

    是异步的吗？我们来验证下：

new Promise((resolve,reject)=>{  console.log(1);  resolve();}).then(()=>{  console.log(2);})console.log(3);

    我们看下控制台的输出顺序：

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    由上可见 new Promise 的时候传递的executor函数是立即执行的（同步），基于then、catch存放的方法是异步执行的。

•     async/await

    这是基于Generator语法糖,同样也是异步的，我们把上面的例子改成这样看看。

async function async1() {console.log(1);await 10;console.log(2);}fn();console.log(3);

我们看下控制台的输出顺序：

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由上可见 await 表达式后面的代码是异步执行的 。

1.2Event Loop

    那么JS是如何构建出异步编程的效果呢？那我们就来了解下事件循环机制（Event Loop ）与事件队列（Event Queue）。

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1、开始，任务执行。

2、同步任务直接在主栈（Call Stack）中等待被执行，异步的进入Event Table并注册函数。当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。

3、当 Call Stack中没有任务了，就从Event Queue中拿出一个任务放入Call Stack执行。

而 Event Loop 指的就是这一整个圈圈：它不停检查 Call Stack 中是否有任务（也叫栈帧）需要执行，如果没有，就检查 Event Queue，从中弹出一个任务，放入主栈中，如此往复循环。

我们来看个例子： 

setTimeout(()=>{  console.log(1);},50)setTimeout(()=>{  console.log(2);},0)console.time('for takes time:');for(let i=0;i<1000000;i++){}console.timeEnd('for takes time:');setTimeout(()=>{       console.log(3);},20)console.log(4); 

我们先看下执行结果再来分析。

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代码分析如下：

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    这里主要容易疑惑点的点是T1先执行还是T3先执行，这里要看for 循环主要消耗的时间，for 循环用了5ms(假设是个整数),这时候队列中T1需要等待的时间还有45ms，所以执行完T2后，等待到了20ms 就会执行T3,最后才执行T1。如果把for循环耗的时间是100ms,那么执行顺序就是T2=>T1=>T3,遵守时间到先执行，先进队列先执行的原则。

    我们来看个稍微复杂点的例子：

async function async1(){  console.log('async1 start');  await async2();  console.log('async1 end');}async function async2(){  console.log('async2');}console.log('script start');setTimeout(function(){  console.log('setTimeout');})async1();new Promise(function(resolve){  console.log('promise1');  resolve();}).then(function(){  console.log('promise2');})console.log('script end');

    学习上面的Event Loop ，同步任务先执行，再遵守先进先出的原则从Event Queue中取出异步任务到主栈中执行，我自信的以为输出顺序为：

'script start'  'async1 start'  'async2'  'promise1'    'script end'  'setTimeout'  'async1 end'   'promise2'   

然后迫不及待的去控制台执行下：

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为什么顺序执行是这样子的？于是继续查资料。


1.3宏任务与微任务

Javacript中事件执行主要分为两种任务类型:宏任务（macro task）与微任务队列（micro task）。

•     宏任务包含有 ：

script(整体代码)setTimeoutsetIntervalI/OUI交互事件postMessageMessageChannelsetImmediate(Node.js 环境)

•     微任务包含有 ：

Promise.then/catch/finaly,  async/await(本质是对Promise 的一些封装)Object.observeMutaionObserverprocess.nextTick(Node.js 环境)


1.4宏任务与微任务运行机制

1、执行一个宏任务（栈中没有就从Event Queue中取出）

2、遇到异步宏任务时它加入到Event Queue宏任务队列中；遇到异步微任务时把它加入Event Queue微任务队列中。

3、宏任务执行完毕后，立即执行当前微任务队列中的所有微任务（依次执行）

4、当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，然后GUI线程接管渲染

5、渲染完毕后，JS线程继续接管，开始下一个宏任务（从事件队列中获取）

如下图：

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所以上面例子（代码5）的执行分析如下图所示：

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1.5总结以上的内容

•     javascript是一门单线程语言

•     javascript事件循环就是一个Event Loop 过程

•     Event Queue 中的又分为宏任务队列与微任务队列

•     Javscript代码的执行顺序：同步任务=>异步微任务=>异步宏任务


    

二、异步编程使用场景

    上面内容我们探讨了浏览器异步编程是的运行机制。我们一般会在哪些场景使用异步编程呢？下面我们看个例子：

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    现在有个业务需求就是要先请求接口1拿到“系统”的下拉数据后，并且要给表单赋值为下拉数据的第一个，拿到“系统”的value值后再请求接口2取到“表单分类”的下拉数据，并且要给表单赋值，拿到“表单分类“的值后再请求接口3，取表单的下拉数据。
我们传统的做法一般会用回调函数：

//获取系统_self.ajaxFn({  url:url1,  success:(res)=>{    //获取表单分类    _self.ajaxFn({        url:url2,        success:(res)=>{           //获取表单           _self.ajaxFn({              url:url3,              success:(res)=>{                //处理业务              }           })        }    })  }})



2.1回调地狱

    回调函数是异步编程的一个传统解决方案，但是如果业务比较复杂，需要层层嵌套，就会引起回调地狱。

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这样子的代码嵌套复杂，不易于维护 ，着实让开发者崩溃 。

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三、Promise原理及实现


3.1Promise原理及实现

    Promise是异步编程的一个解决方案，相比回调函数，使用Promise更为合理和强大，避免了回调函数之间的多嵌套，也使得代码结构更为清晰，便于维护。上面的例子我们用Promise来实现下。

new Promise((resolve,reject)=>{    //获取系统    _self.ajaxFn({        url:url1,        success:(res)=>{          resolve(res);        }    })}).then(   value=>{    return new Promise((resolve,reject)=>{      //获取表单分类      _self.ajaxFn({          url:url2,          success:(res)=>{            resolve(res);          }      })    })   }).then(   value=>{      //获取表单      _self.ajaxFn({          url:url1,          success:(res)=>{            //处理逻辑          }      })   })

接下来我们就要分析Promise是原理并且要自己实现Promise。

3.2 promise自定义实现的关键点

1、如何改变promise的状态？

1.1 resolve(value)；状态从pending 转为了 resolved

1.2 rejecte(reason)；状态从pending 转为了 rejected

1.3 抛出异常（throw）；当前的pending 就变为了 rejected

2、Promise then/catch 存放的回调函数是异步微任务的 。

3、Promise.then()返回的新的Promise的结果状态由什么决定的呢？

3.1 简单描述：由then指定的回调函数执行的结果决定

3.2 详细描述：

3.2.1 如果抛出异常，新Promise变为rejected， reason 为抛出的异常；

3.2.2 如果返回的是Promise的任意值，新promise变为resolved,value 为返回的值

3.2.3 如果返回的是另一个Promise,此Promise的结果成为新Promise的结果

4、Promise.then()/catch()可链式调用，所以then(),catch方法必须返回一个的Promise对象。

3.3 自定义Promise

1、定义整体结构

(function(){    /*     构造函数     excutor:执行器（同步执行）    */    function Promise(excutor){}    /*      Promise 原型对象的then()      指定成功和失败的回调函数      因为可链式调用，所以要返回一个promise对象    */    Promise.prototype.then=function(onResolved,onRejected){ }    /*      Promise 原型对象的catch()      指定失败的回调函数      返回一个promise对象    */    Promise.prototype.catch=function(onRejected){ }    /*     只实现Promise关键 的构造方法以及catch/then方法，其它的方法大家可自行发挥啦    */        window.Promise=Promise;})(window)

2、Promise中回调的函数的异步执行

    第一部分内容我们就知道Promise.then/catch中存放是任务是方式是异步执行，且是微任务。异步执行我们很容易就能想到setTimeout能实现，但是setTimeout是宏任务，所以不符合，于是我就找到了Vue中的nextTick的方法来模拟一下，它主要是用HTML5新的API MutationObserver（不熟悉的可自行了解下）来实现的，第一部分内容我们有说到MutationObserver是微任务。

const nextTick = (function () {  var callbacks = [];  var pending = false;  var timerFunc;  function nextTickHandler () {      pending = false;      var copies = callbacks.slice(0);      callbacks = [];      for (var i = 0; i < copies.length; i++) {        copies[i]()      }  }   //istanbul ignore if   if (typeof MutationObserver != 'undefined') { // 首选 MutationObserver     var counter = 1    var observer = new MutationObserver(nextTickHandler) // 声明 MO 和回调函数    var textNode = document.createTextNode(counter)    observer.observe(textNode, { // 监听 textNode 这个文本节点      characterData: true // 一旦文本改变则触发回调函数 nextTickHandler    })    timerFunc = function () {      counter = (counter + 1) % 2 // 每次执行 timeFunc 都会让文本在 1 和 0 间切换      textNode.data = counter    }  } else {    timerFunc = setTimeout // 如果不支持 MutationObserver, 退选 setTimeout  }  return function (cb, ctx) {    var func = ctx ? function () { cb.call(ctx) } : cb    callbacks.push(func)    if (pending) return    pending = true    timerFunc(nextTickHandler, 0)  }})()

3、Promise 的构造函数的实现

/* 构造函数 excutor:执行器*/function Promise(excutor){  const _self=this;  _self.status='pending';//promise对象指定的status属性，初始值为pending;  _self.data=undefined;//promise对象指定一个用于存储结果数据的属性；  _self.callbacks=[];//失败或成功的回调函数数组，每个元素的结构：{onResolved(){},onRejected(){}}  function resolve(value){      if(_self.status!='pending'){      return;    }    _self.status='resolved'; //将状态改为resolved    _self.data=value; // 保存value    //如果有待将执行的回调函数，就立即异步执行回调函数 onResolved    nextTick(()=>{      _self.callbacks.forEach((callbacksObj)=>{        callbacksObj.onResolved(value);      })    })  }  function reject(reason){    if(_self.status!='pending'){      return;    }    _self.status='rejected'; //将状态改为rejected    _self.data=reason; // 保存value    //如果有待将执行的回调函数，就立即异步执行回调函数 onRejected    nextTick(()=>{      _self.callbacks.forEach((callbacksObj)=>{        callbacksObj.onRejected(reason);      })    })  }  //立即执行执行器  try{    excutor(resolve,reject);  }  catch(error){    reject(error);  }  }

4、Promise.prototype.then()方法的实现

/*  Promise 原型对象的then()方法  指定成功和失败的回调函数  因为可链式调用，所以必须要要返回一个promise对象  返回的promise 的结果是由onResolved/onRejected执行的结果决定的*/Promise.prototype.then=function(onResolved,onRejected){  var _self=this;  //指定回调函数的默认值,如果参数不是函数就指定个默认方法  onResolved=typeof onResolved==='function'? onResolved :value => value;    onRejected=typeof onRejected==='function'? onRejected :reason => {throw reason};
  return new Promise((resolve,reject)=>{    /*       执行指定callback(onResolved/onRejected)的回调函数       根据执行的结果改变return的pormise的状态    */    function handle(callback){        try{        const result=callback(_self.data);         if(result instanceof Promise){ //返回的是promise,返回promise的结果就是这个结果                    result.then(resolve,reject)        }else{//返回的不是promise,返回的promise为成功，value就是返回值          resolve(result)          }      }catch(error){ //抛出异常，返回promise的结果为失败，reason为异常        reject(error)      }    }    if(_self.status==='resolved'){ //当前promise的状态是resolved      //异步执行成功的回调      nextTick(()=>{        handle(onResolved)      })    }else if(_self.status==='rejected'){//当前promise的状态是rejected      //异步执行失败的回调      nextTick(()=>{        handle(onRejected)      })    }else{ //当前promise 的状态是pending      //将成功和失败的回调函数保存到callback中去存起来      _self.callbacks.push({        onResolved(){          handle(onResolved);        },        onRejected(){          handle(onRejected);        }      })    }  })

5、Promise.prototype.catch()方法的实现

/*  Promise 原型对象的catch()  指定失败的回调函数  返回一个promise对象*/Promise.prototype.catch=function(onRejected){  return this.then(null,onRejected)}

    大功告成，其实主要是把then 方法实现，其它的都好实现了，其它的方法大家试下吧。


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四、最后

    这篇文章主要跟大家探讨了浏览器异步编程的运行机制还有Promise的实现原理。

    前端之路漫漫其修远兮，吾将上下而求索，与君共勉！图片


—— E N D ——

排版：chuanrui


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