javascript异步编程详解

前言

你可能知道，Javascript语言的执行环境是"单线程"（single thread）。
所谓"单线程"，就是指一次只能完成一件任务。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，以此类推。
这种模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。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。
为了解决这个问题，Javascript语言将任务的执行模式分成两种：同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）.
"异步模式"非常重要。在浏览器端，耗时很长的操作都应该异步执行，避免浏览器失去响应，最好的例子就是Ajax操作。在服务器端，"异步模式"甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，如果允许同步执行所有http请求，服务器性能会急剧下降，很快就会失去响应。

setTimeout 函数的弊端

延时处理当然少不了 setTimeout这个神器，很多人对 setTimeout函数的理解就是：延时为 n 的话，函数会在 n 毫秒之后执行。事实上并非如此，这里存在三个问题:
一个是 setTimeout函数的及时性问题, setTimeout是存在一定时间间隔的，并不是设定 n 毫秒执行，他就是 n 毫秒执行，可能会有一点时间的延迟，setInterval 和 setTimeout 函数运转的最短周期是 5ms 左右，这个数值在 HTML规范 中也是有提到的:

• Let timeout be the second method argument, or zero if the argument was omitted.
  如果 timeout 参数没有写，默认为 0

• If nesting level is greater than 5, and timeout is less than 4, then increase timeout to 如果嵌套的层次大于 5 ，并且 timeout 设置的数值小于 4 则直接取 4.

其次是while循环会阻塞setTimeout的执行

看这段代码:

var t = true;

window.setTimeout(function (){
    t = false;
},1000);

while (t){}

alert('end');

结果是死循环导致setTimeout不执行，也导致alert不执行
js是单线程，所以会先执行while(t){}再alert，但这个循环体是死循环，所以永远不会执行alert。
至于说为什么不执行setTimeout，是因为js的工作机制是：当线程中没有执行任何同步代码的前提下才会执行异步代码，setTimeout是异步代码，所以setTimeout只能等js空闲才会执行，但死循环是永远不会空闲的，所以setTimeout也永远不会执行。

第三是，try..catch捕捉不到他的错误

异步编程方法

回调函数

这是异步编程最基本的方法。
假定有两个函数f1和f2，后者等待前者的执行结果。

function f1(callback){
　　setTimeout(function () {
　　　　// f1的任务代码
　　　　callback();
　　}, 1000);
}
f1(f2);

采用这种方式，我们把同步操作变成了异步操作，f1不会堵塞程序运行，相当于先执行程序的主要逻辑，将耗时的操作推迟执行。
回调函数的优点是简单、容易理解和部署，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（Coupling），流程会很混乱，而且每个任务只能指定一个回调函数。

事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生

f1.on('done', f2);
function f1(){
　　setTimeout(function () {
　　　　// f1的任务代码
　　　　f1.trigger('done');
　　}, 1000);
}

JS 和 浏览器提供的原生方法基本都是基于事件触发机制的，耦合度很低，不过事件不能得到流程控制

Promises对象

Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，目的是为异步编程提供统一接口。

Promises可以简单理解为一个事务，这个事务存在三种状态：

• 已经完成了 resolved

• 因为某种原因被中断了 rejected

• 还在等待上一个事务结束 pending

简单说，它的思想是，每一个异步任务返回一个Promises对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数,这样写的优点在于，回调函数变成了链式写法，程序的流程可以看得很清楚

Promises就是一个事务的管理器。他的作用就是将各种内嵌回调的事务用流水形式表达，其目的是为了简化编程，让代码逻辑更加清晰。

Promises可以分为：

• 无错误传递的 Promises，也就是事务不会因为任何原因中断，事务队列中的事项都会被依次处理，此过程中 Promises只有 pending和 resolved两种状态，没有 rejected状态。

• 包含错误的 Promises，每个事务的处理都必须使用容错机制来获取结果，一旦出错，就会将错误信息传递给下一个事务，如果错误信息会影响下一个事务，则下一个事务也会 rejected，如果不会，下一个事务可以正常执行，依次类推。

此处留坑讲generator实现异步编程
本来想自己总结下generator与异步的，看了下阮一峰老师的博客算是了解个大概，理解也是一知半解，有兴趣的话可以在底下的参考资料里找到去看看

封装好的实现

jquery的Deferred对象

简单说，Deferred对象就是jquery的回调函数解决方案。在英语中，defer的意思是"延迟"，所以Deferred对象的含义就是"延迟"到未来某个点再执行。
首先，回顾一下jquery的ajax操作的传统写法：

　　$.ajax({
　　　　url: "test.html",
　　　　success: function(){
　　　　　　alert("哈哈，成功了！");
　　　　},
　　　　error:function(){
　　　　　　alert("出错啦！");
　　　　}
　　});

有了<ode>Deferred对象以后，写法是这样的：

$.ajax("test.html")
　.done(function(){ alert("哈哈，成功了！"); })
　.fail(function(){ alert("出错啦！"); });

可以看到，done()相当于success方法，fail()相当于error方法。采用链式写法以后，代码的可读性大大提高。
了解jQuery.Deferred对象可以看下面这个表格。

when.js

AngularJS内置的Kris Kowal的Q框架，和cujoJS的when.js，两者都是Promises/A规范的实现
when.js实例

var getData = function() {
    var deferred = when.defer();
    $.getJSON(api, function(data){
        deferred.resolve(data[0]);
    });

    return deferred.promise;
}

var getImg = function(src) {
    var deferred = when.defer();

    var img = new Image();

    img.onload = function() {
        deferred.resolve(img);
    };

    img.src = src;

    return deferred.promise;
}

var showImg = function(img) {
    $(img).appendTo($('#container'));
}

getData()
.then(getImg)
.then(showImg);

看最后三行代码，是不是一目了然，非常的语义化

var deferred = when.defer();

定义了一个deferred对象。

deferred.resolve(data);

在异步获取数据完成时，把数据作为参数，调用deferred对象的resolve方法。

return deferred.promise;

返回了deferred对象的Promises属性。

控制流程工具step.js

github地址
step.js是控制流程工具（大小仅 150 行代码），解决回调嵌套层次过多等问题。适用于读文件、查询数据库等回调函数相互依赖，或者分别获取内容最后组合数据返回等应用情景。异步执行简单地可以分为“串行执行”和“并行”执行
使用示例:

Step(
  function readSelf() {
    fs.readFile(__filename, this);
  },
  function capitalize(err, text) {
    if (err) throw err;
    return text.toUpperCase();
  },
  function showIt(err, newText) {
    if (err) throw err;
    console.log(newText);
  }
);

Step 的一个约定，回调函数的第一个参数总是 err，第二个才是值（沿用 Node 回调的风格）。如果上一个步骤发生异常，那么异常对象将被送入到下一个步骤中。

扩展阅读

Javascript既是单线程又是异步的，请问这二者是否冲突，以及有什么区别？

Answer1：Javascript本身是单线程的，并没有异步的特性。

由于 Javascript的运用场景是浏览器，浏览器本身是典型的 GUI 工作线程，GUI 工作线程在绝大多数系统中都实现为事件处理，避免阻塞交互，因此产生了 Javascript异步基因。此后种种都源于此。

Answer2： JS的单线程是指一个浏览器进程中只有一个JS的执行线程，同一时刻内只会有一段代码在执行（你可以使用IE的标签式浏览试试看效果，这时打开的多个页面使用的都是同一个JS执行线程，如果其中一个页面在执行一个运算量较大的function时，其他窗口的JS就会停止工作）。
而异步机制是浏览器的两个或以上常驻线程共同完成的，例如异步请求是由两个常驻线程：JS执行线程和事件触发线程共同完成的，JS的执行线程发起异步请求（这时浏览器会开一条新的HTTP请求线程来执行请求，这时JS的任务已完成，继续执行线程队列中剩下的其他任务），然后在未来的某一时刻事件触发线程监视到之前的发起的HTTP请求已完成，它就会把完成事件插入到JS执行队列的尾部等待JS处理。又例如定时触发（setTimeout和setinterval）是由浏览器的定时器线程执行的定时计数，然后在定时时间把定时处理函数的执行请求插入到JS执行队列的尾端（所以用这两个函数的时候，实际的执行时间是大于或等于指定时间的，不保证能准确定时的）。
所以，所谓的JS的单线程和异步更多的应该是属于浏览器的行为，他们之间没有冲突，更不是同一种事物，没有什么区别不区别的。

setTimeout(fn,0)立即执行的问题

首先，不会立即执行，原因：
setTimeout(fn,0)的作用很简单，就是为了把fn放到运行队列的最后去执行。也就是说，无论setTimeout(fn,0)写在哪，都可以保证在队列的最后执行。js解析器会把setTimeout(fn,0)里的fn压到队列的最后，因为它是异步操作。有个延时，具体是16ms还是4ms取决于浏览器
立即执行还是有可能的，只要在你调用setTimeout的时候，满足下面两个条件：

1. 刚好执行到了当前这一轮事件循环的底部。

2. 刚好此时事件队列为空。

那么setTimeout的回调函数就可以立即执行。当然“立即执行”的意思是在任何其他代码前执行。

参考资料

知乎：setTimeout的异步以及js是单线程的面试题？
阮老师的博客
小胡子哥的博客
知乎：JavaScript 既是单线程又是异步的，请问这二者是否冲突，以及有什么区别？
细嗅Promise
whenjs文档
jQuery的deferred对象详解
jQuery 中的 Deferred 和 Promises (2)
Step.js 使用教程（附源码解析）
Generator 函数的含义与用法