javascript非同步編程，javascript非同步

javascript非同步編程，javascript非同步
非同步機制

JavaScript的執行環境是單線程的，單線程的好處是執行環境簡單，不用去考慮諸如資源同步，死結等多線程阻塞式編程等所需要面對的惱人的問題。但帶來的壞處是當一個任務執行時間較長時，後面的任務會等待很長時間。在瀏覽器端就會出現瀏覽器假死，滑鼠無法響應等情況。所以在瀏覽器端，耗時很長的操作都應該非同步執行，避免瀏覽器失去響應。所謂非同步執行，不同於同步執行（程式的執行順序與任務的排列順序是一致的、同步的），每一個任務有一個或多個回呼函數（callback），前一個任務結束後，不是執行後一個任務，而是執行回呼函數，後一個任務則是不等前一個任務結束就執行，所以程式的執行順序與任務的排列順序是不一致的、非同步。既然Javascript是單線程的，那它又如何能夠非同步執行呢？

Javascript執行緒模式和事件驅動

JavaScript有一個基於事件迴圈的併發模式。這個模式與C語言和java有很大不同。

運行時的概念

• 棧
  函數調用形成堆疊框架。

  function f(b){    var a = 12;    return a+b+35;}function g(x){    var m = 4;    return f(m*x);}g(21);

  當調用函數g時，建立第一個包含g參數和局部變數的幀。當g函數調用f函數時，建立包含f參數和局部變數第二個堆疊框架並推到第一個堆疊框架的頂部。當f返回時，頂部的堆疊框架元素被彈出（只留下g調用）。當g函數返回時，堆棧為空白。

• 堆
  堆是一個大型的非結構化地區，對象被分配到堆中。

• 隊列
  一個javascript運行環境包含一個資訊隊列，這個隊列是一系列將被執行的資訊列表。每一個訊息被關聯到一個函數上。當堆棧為空白時，從訊息佇列中取出一個訊息並進行處理。該處理包含調用相關的函數（以及因此產生一個初始化的堆疊框架）。當堆棧再次為空白時，訊息處理結束。

事件迴圈

事件迴圈的名字源於它的實現，經常像下面這樣：

while(queue.waitForMessage()){  queue.processNextMessage();}

queue.waitForMessage同步等待一個訊息。

• 運行到完成
  每個訊息完全處理之後，其它訊息才會被處理。這樣的好處就是當一個函數不能被提前，只能等其他函數執行完畢（並且可以修改資料的函數操作）。這不同於C，例如，如果一個函數在一個線程運行時，它可以停在任何點運行在另一個線程一些其他的代碼。這種模式的缺點是，如果一個訊息時間過長完成，Web應用程式無法處理像點擊或滾動的使用者互動。該瀏覽器可緩解此與“指令碼花費的時間太長運行”對話方塊。一個很好的做法，遵循的是使資訊處理短，如果可能削減一個訊息到幾條訊息。

• 添加訊息
  在網頁瀏覽器中，事件可以在任何時候添加，一個事件發生並伴隨事件監聽綁定到事件上。如果沒有事件監聽，則事件丟失。就像點擊一個元素，元素上綁定點擊事件。調用setTimeout時，當函數的第二個參數時間被傳遞進去，將添加一個訊息到隊列中。如果在隊列中沒有其他訊息，該訊息被立即處理;然而，如果有訊息，則setTimeout的資訊將必須等待其它訊息以進行處理。由於這個原因，第二個參數是最小的時間，而不是一個保證時間。

• 幾個運行環境之間的通訊
  一個web worker或跨域iframe都有自己的堆棧，堆，和訊息佇列。兩個不同的運行環境只能通過postMessage的方法發送訊息進行通訊。這種方法增加了一個訊息到其他運行時，如果後者監聽訊息事件。

從不阻塞

事件迴圈模型是javascript的一個很有意思的屬性，不像其它語言，它從不阻塞。假定瀏覽器中有一個專門用於事件調度的執行個體（該執行個體可以是一個線程，我們可以稱之為事件分發線程event dispatch thread），該執行個體的工作就是一個不結束的迴圈，從事件隊列中取出事件，處理所有很事件關聯的回呼函數（event handler）。注意回呼函數是在Javascript的主線程中啟動並執行，而非事件分發線程中，以保證事件處理不會發生阻塞。通過事件和回調的I/O操作是一個典型的表現，所以當應用等待索引型資料庫查詢返回或XHR請求返回時，它仍然可以處理其他事情比如使用者輸入。

回調

回調是javascript的基礎，函數被作為參數進行傳遞。像下面：

f1();f2();f3();

如果f1中執行了大量的耗時操作，而且f2需要在f1之後執行。則程式可以改為回調的形式。如下：

function f1(callback){    setTimeout(function () {　　    // f1的大量耗時任務代碼並的到三個結果i,l,you.　　    console.log("this is function1");　　    var i = "i", l = "love", y = "you";        if (callback && typeof(callback) === "function") {            callback(i,l,y);        }    }, 50);}function f2(a, b, c) {    alert(a + " " + b + " " + c);    console.log("this is function2");}function f3(){console.log("this is function3");}f1(f2);f3();

運行結果：

this is function3
this is function1
i love you
this is function2

採用這種方式，我們把同步操作變成了非同步作業，f1不會堵塞程式運行，相當於先執行程式的主要邏輯，將耗時的操作延遲執行。
回呼函數的優點是簡單，輕量級（不需要額外的庫）。缺點是各個部分之間高度耦合（Coupling），流程會很混亂，而且每個任務只能指定一個回呼函數。某個操作需要經過多個非阻塞的IO操作，每一個結果都是通過回調，產生意大利麵條式（spaghetti）的代碼。

operation1(function(err, result) {    operation2(function(err, result) {        operation3(function(err, result) {            operation4(function(err, result) {                operation5(function(err, result) {                    // do something useful                })            })        })    })})

事件監聽

另一種思路是採用事件驅動模式。任務的執行不取決於代碼的順序，而取決於某個事件是否發生。

// plain, non-jQuery version of hooking up an event handlervar clickity = document.getElementById("clickity");clickity.addEventListener("click", function (e) {    //console log, since it's like ALL real world scenarios, amirite?    console.log("Alas, someone is pressing my buttons…");});// the obligatory jQuery version$("#clickity").on("click", function (e) {    console.log("Alas, someone is pressing my buttons…");});

也可以自訂事件進行監聽，關於自訂事件，屬於另外一部分的內容。這種方法的優點是比較容易理解，可以綁定多個事件，每個事件可以指定多個回呼函數，而且可以”去耦合”（Decoupling），有利於實現模組化。缺點是整個程式都要變成事件驅動型，運行流程會變得很不清晰。

觀察者模式

我們假定，存在一個”訊號中心”，某個任務執行完成，就向訊號中心”發布”（publish）一個訊號，其他任務可以向訊號中心”訂閱”（subscribe）這個訊號，從而知道什麼時候自己可以開始執行。這就叫做”發布/訂閱模式”（publish-subscribe pattern），又稱”觀察者模式”（observer pattern）。

var pubsub  = (function(){    var q = {}        topics = {},        subUid = -1;    //發布訊息    q.publish = function(topic, args) {        if(!topics[topic]) {return;}        var subs = topics[topic],            len = subs.length;        while(len--) {            subs[len].func(topic, args);        }        return this;    };    //訂閱事件    q.subscribe = function(topic, func) {        topics[topic] = topics[topic] ? topics[topic] : [];        var token = (++subUid).toString();        topics[topic].push({            token : token,            func : func        });        return token;    };    return q;    //取消訂閱就不寫了，遍曆topics，然後通過儲存前面返回token，刪除指定元素})();//觸發的事件var f2 = function(topics, data) {    console.log("logging:" + topics + ":" + data);    console.log("this is function2");}function f1(){   　setTimeout(function () {　　　　　　// f1的任務代碼　　　　　　console.log("this is function1");       //發布訊息'done'        pubsub .publish('done', 'hello world');　　　　}, 1000);}pubsub.subscribe('done', f2);f1();

上面代碼的運行結果為：

this is function1
logging:done:hello world
this is function2

觀察者模式的實現方法有很多種，也可以直接借用第三方庫。這種方法的性質與”事件監聽”類似（觀察者模式和自訂事件非常相似），但是明顯優於後者。觀察者模式和事件監聽一樣具有良好的去耦性，並且有一個訊息中心，通過對訊息中心的處理，可以良好地監控程式運行。

Promises對象

Promises的概念是由CommonJS小組的成員在 Promises/A規範 中提出來的。Promises被逐漸用作一種管理非同步作業回調的方法，但出於它們的設計，它們遠比那個有用得多。Promise允許我們以同步的方式寫代碼，同時給予我們代碼的非同步執行。

function f1(){    var def = $.Deferred();    setTimeout(function () {       // f1的任務代碼        console.log("this is f1");        def.resolve();      }, 500);    return def.promise();}function f2(){    console.log("this is f2");}f1().then(f2);

上面代碼的運行結果為：

this is f1
this is f2

上面引用的是jquery對Promises/A的實現，jquery中還有一系列方法，具體可參考：Deferred Object.關於Promises，強烈建議讀一下You’re Missing the Point of Promises.還有很多第三方庫實現了Promises，如：Q、Bluebird、 mmDeferred 等。Promise（中文：承諾）其實為一個有限狀態機器，共有三種狀態：pending（執行中）、fulfilled（執行成功）和rejected（執行失敗）。其中pending為初始狀態，fulfilled和rejected為結束狀態（結束狀態表示promise的生命週期已結束）。狀態轉換關係為：pending->fulfilled，pending->rejected。隨著狀態的轉換將觸發各種事件（如執行成功事件、執行失敗事件等）。 下節具體講述狀態機器實現js非同步編程。

狀態機器

Promises的本質實際就是通過狀態機器來實現的，把非同步作業與對象的狀態改變掛鈎，當非同步作業結束的時候，發生相應的狀態改變，由此再觸發其他動作。這要比回呼函數、事件監聽、發布/訂閱等解決方案，在邏輯上更合理，更易於降低代碼的複雜度。關於Promises可參考：JS魔法堂：剖析源碼理解Promises/A規範 。

ES6對非同步支援

這是一個新的技術，成為2015年的ECMAScript（ES6）標準的一部分。該技術的規範已經完成，但實施情況在不同的瀏覽器不同，在瀏覽器中的支援情況如下。
案頭端：

手機端：

var f1 = new Promise(function(resolve, reject) {    setTimeout(function () {       // f1的任務代碼       console.log("this is f1");       resolve("Success");    }, 500);  });function f2(val){    console.log(val + ":" + "this is f2");}function f3(){    console.log("this is f3")}f1.then(f2);f3();

以上代碼在Chrome 版本43中的運行結果為：

this is f3
this is f1
Success:this is f2