理解js中的异步编程

JS异步编程模型

在理解js异步编程时， 我们先再心中想一下为什么js语言会引入异步任务？异步到底解决了哪些问题？理解了这些之后，我们才能更好地运行异步编程思想去书写我们的业务代码逻辑。。。下面写一下个人对异步模型的理解

JS中的任务

所谓js中的任务，通俗点我们可以理解为等待运行的js代码（这里不搞那些专业术语），到此我们可以分为顺序立即执行的代码（同步任务），以及非立即顺序执行的代码（异步任务）。

• 两种任务分析

同步任务有个特点，就是顺序执行，代码被编译解析后按照既定的顺序去一步一步执行，
这种执行方式效率高吗？视情况而定。
如果碰到一串耗时代码，意味着此代码段后面的代码需要等待该代码执行完毕他才能执行，
这固然是不行的（代码运行被堵塞了）；

所以此时便引入异步的概念，我们把这段耗时任务扔给其他执行器（或者说线程）去处理，我们
只需要获取其他执行器处理后的结果，让结果代码滞后执行，或者说到相应的时机去执行（怎么去判断时机，发布订阅，先不说了）
让主线程继续执行其同步任务，这样效率是不是提高了，至少不会发生代码堵塞的问题了吧 ：）

• js中异步任务

引入异步任务是为了提高代码执行的效率和速度，我觉得这只是结果的一部分。 为什么呢？

个人理解还是js这门语言的缺陷，js作为一种单线程语言，意味着它在处理 多任务并发时 没有了多线程语言（如java）的优势，
一个主线程下代码只得一行行执行咯；cpu的多核能力也不能完全发挥啊，emm...
所以异步任务的引入 一定程度上也提升了js在处理多任务的能力吧。

其实吧，js中异步任务（如网络请求，定时器， 事件监听等）是浏览器的其他进程/线程 为js主线程分担了处理多任务的压力，
浏览器其他进程/线程将异步任务处理后结果扔到js的事件循环机制的任务队列里，那么这里必然涉及到
进程/线程间的通信，一定程度上也是会损耗部分效率的

• 所以为什么引入异步？异步解决的问题？

宏观上来说：
    提升js代码执行效率， 怎么就提高了？ 思考一下
    提升js处理多任务的能力， 怎么去提升？ 思考一下

js如何实现异步机制

前面提到异步任务的概念：非立即执行的代码， 当然是不完全准确的啦，
js中的异步任务会被放到任务队列（task queue）的任务，通过js事件循环机制（其实就是js主线程一直轮询访问任务队列）；
"任务队列"会通知js主线程，当某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程的执行栈执行；

所以异步任务的特点之一是存在一种等待状态，滞后执行；那么js怎么来实现异步模式呢？

执行栈 + 任务队列

那么js中到底哪些才是异步任务呢？ 有具体规范吗？没找到明确的规范
个人理解：凡是被放到事件队列里的任务就是异步任务，这些任务与运行环境相关
而执行栈只是作为任务的消费者而已，真正生产异步任务的生产者是：浏览器那些DOM API，网络线程，计时器线程； node环境下的事件等。。。

js实现异步编程的方式

异步编程为了啥？当然是为了更快的执行代码任务啊，怎么做？那代码为什么慢呢？任务太多了呀，所以我们要对任务进行合理拆分

1.回调函数

f1(); // f1为耗时任务
f2(); // f2依赖f1的结果

function f1(cb) {
    setTimeout(() => {
        // f1 的逻辑代码
        // 。。。
        cb()
    })
}
f1(f2) // f1被转化为异步任务，f2在它之后执行

回调的方式代码耦合性太强，也不能捕获异常try catch

2.事件监听

事件监听的本质在于 事件状态驱动，触发回调， 把阮老师的demo实现了一下

const EVENT = {};

Function.prototype.on = function (eventName, cb) {
  EVENT[eventName] = cb;
};

Function.prototype.trigger = function (eventName) {
  EVENT[eventName]();
};

function f1() {
  setTimeout(() => {
    console.log("f1 start");
    // 触发事件
    f1.trigger('done')
  }, 1000);
}

function f2() {
  console.log("f2");
}

f1.on("done", f2); // 添加监听
f1()

实现了功能解耦，其实还是依靠回调函数， 只不过触发方式变化了， 不是直接嵌套在上一步任务里执行了

3.发布订阅

发布订阅基于事件监听，发布者和订阅者通过一个事件中心进行通信, 并且实现了多个事件解耦

/**
 * 发布订阅方式
 * 维护一个事件中心进行通信
 */

const event = {
  // 事件中心
  eventList: [],

  // 订阅事件, 添加一个回调逻辑
  on(type, fn) {
    if (!this.eventList[type]) {
      this.eventList[type] = [];
    }
    this.eventList[type].push(fn);
  },

  // 发布事件, 遍历事件列表，去执行所有事件
  emit(type, ...args) {
    const cbList = this.eventList[type];
    if (!cbList || cbList.length === 0) return;

    cbList.forEach((cb) => {
      cb.apply(event, args);
    });
  },
};

let data = {};

// 我们可以订阅多个事件, 并且相比回调, 订阅结合发布完全解耦了, 两者并无关联性
event.on("change", (data) => {
  // 订阅者1的逻辑
  console.log("订阅者1: data obj change", data);
});

event.on("change", (data) => {
  // 订阅者2的逻辑
  if (Object.keys(data).length === 2) {
    console.log('订阅者2: data s数据有两个了', data)
  }
});

// 发布事件: 我们可以等待数据状态发生变化或者 异步执行完去发布
setTimeout(() => {
  data.name = 'huhua'
  // 发布者, 我想在哪发就在哪发
  event.emit('change', data)
}, 1000);

setTimeout(() => {
  data.age = '26'
  event.emit('change', data)
}, 2000);

既然说到了发布订阅, 我们顺便理解一下观察者模式

vue源码中不是用到了吗...那我们动手写写, 看看发布订阅和观察者模式的区别

/**
 * 观察者模式的简易实现
 * 观察者对象:   需要在被观察者状态变化时触发更新逻辑
 * 被观察者对象: 需要收集所有的对自己进行观测的观察者对象
 */

// 被观察者
// 对于一个被观察的人来说: 我要知道是哪些人在观察我, 我的状态怎么样
class Sub {
  constructor(name) {
    this.name = name;
    this.state = "pending";
    this.observer = []; // 存放所有观察者的集合
  }

  // 添加观察者
  add(ob) {
    this.observer.push(ob);
  }
  // 更改状态
  setState(newState) {
    this.state = newState;
    // 状态改了不得告诉所有观察者啊, 其实就是执行观察者对象的更新函数
    this.notify();
  }
  // 通知
  notify() {
    this.observer.forEach((ob) => ob && ob.update(this));
  }
}

// 观察者
class Observer {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }

  update(sub) {
    console.log(
      `观察者${this.name} 已收到被观察者${sub.name}状态改变了: ${sub.state}`
    );
  }
}

let sub = new Sub('学生小麦')

let ob1 = new Observer('语文老师')
let ob2 = new Observer('数学老师')
let ob3 = new Observer('英语老师')

// 与发布订阅不同的是, 这里被观察者需要添加所有的观察者对象, 以便在自己状态改变时去执行观察者的更新逻辑
// 二者有关联关系, 我要知道我被谁观察

// 发布订阅中, 发布者和订阅者之间没有关联关系, 通过事件中心来管理
// 订阅不需要知道谁去发布
sub.add(ob1)
sub.add(ob2)
sub.add(ob3)

sub.setState('fulfilled')
// 观察者语文老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: fulfilled
// 观察者数学老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: fulfilled
// 观察者英语老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: fulfilled

sub.setState('rejected')
// 观察者语文老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: rejected
// 观察者数学老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: rejected
// 观察者英语老师 已收到被观察者学生小麦状态改变了: rejected

4.Promise对象

promise为我们提供了一种新的异步编程方式, 写这篇文章目的也是为了手动实现一个满足A+规范的promise对象;
我们先来看一看promise A+规范 https://www.ituring.com.cn/ar...

其实promise的核心就是then方法, 源码中也用到发布订阅模式思想, 通过then链的 链式回调将上一步结果透传给下一步使用(返回了一个新的promise),
解决了回调地狱的问题

手写完整版promise正在进行中ing...到时候附上链接, 先来一个简单的

/**
 * 动手实现promise
 * 参考: promsie A+规范
 * https://www.ituring.com.cn/article/66566
 */

// 先解析一下A+规范
// 1.首先promise是一个拥有then方法的对象或函数

// 2.一个promise必须具备一个状态
//    等待状态: Pending
//    执行状态: Fulfilled
//    拒绝状态: Rejected

// 3.promise接受一个执行函数, 这个执行函数默认立即执行, 并且这个函数参数为两个函数: resolve和reject
// resolve调用时, promise状态变为fulfilled, 并且给then方法的成功回调传递一个终值value
// reject调用时, promise状态变为rejected, 并且给then方法的失败回调传递一个拒因reason
// 注意: 执行函数中抛出错误也走reject的逻辑

// 4.如果同时调用reslove和reject, 只会执行一个, 一个promise只能做一次状态的变更

// 5.核心: then方法, 一个promise返回的实例必须有一个then方法用来访问终值value和拒因reason
// promise.then(onFulfilled, onRejected)
// onFulfilled必须是一个函数: 接受promise中resolve出来的值
// onRejected必须是一个函数: 接受promise中reject出来的值

// 6.重点: then方法链式调用: 解决回调嵌套的关键
// 那么如何实现then链式调用? 即同一个promise实例可以多次调用then方法, 且上一步的输出作为下一步的输入

// 这里其实then返回了一个新的promise, 并延迟执行获取到这个promise, 将上一步的值 通过reslove和reject透传出去

// then方法的回调处理的值: 普通值, 异常值, promise值, 针对这三种情况分别处理
// 关键点: then链中的成功回调和失败回调都会被存放到各自队列里, 等待新promise状态变更是调用
// 这里就用到了发布订阅模式

// 我们先来实现一个简易的Promise
const STATE = {
  pending: "pending",
  fulfilled: "fulfilled",
  rejected: "rejected",
};

class Promise {
  // 每个实例接受一个执行函数
  constructor(executor) {
    // 初始化一个Promise所要做的事, 都在这里做

    this.status = STATE.pending; // 初始状态
    this.value = void 0;
    this.reason = void 0;
    this.onFulfilledCbs = [];
    this.onRejectedCbs = [];

    const resolve = (value) => {
      // 调用resolve, 状态变更, 参数值需要保持才能传递
      // 并且resolve只能调用一次, 所以还要对实例状态进行判断
      if (this.status !== STATE.pending) return;
      this.status = STATE.fulfilled;
      this.value = value;

      this.onFulfilledCbs.forEach(cb => cb()) // 自动执行then的回调
    };

    const reject = (e) => {
      // 同理
      if (this.status !== STATE.pending) return;
      this.status = STATE.rejected;
      this.reason = e;

      this.onRejectedCbs.forEach(cb => cb()) // 自动执行then的回调
    };

    // 默认立即执行executor, 其中这两个回调函数要事先定义
    // 执行代码出错也走 reject逻辑, 所以要cathc一下
    try {
      executor(resolve, reject);
    } catch (error) {
      reject(error);
    }
  }

  then(onFulfilled, onRejected) {
    // 这里还没参数校验
    // then方法调用时机: 状态变更, 即执行函数中调用了resolve或者reject
    if (this.status === STATE.fulfilled) {
      typeof onFulfilled === "function" && onFulfilled(this.value);
    }
    if (this.status === STATE.rejected) {
      typeof onRejected === "function" && onRejected(this.reason);
    }
    // 要是没有调用resolve或者reject呢? 我们将存到各自的回调队列里
    // 等到resolve时我们就全部取出来执行
    if (this.status === STATE.pending) {
      this.onFulfilledCbs.push(() => {
        onFulfilled(this.value);
      });

      this.onRejectedCbs.push(() => {
        onRejected(this.reason);
      });
    }
  }
}

module.exports = Promise;

// testPromise.js
let Promise =  require('./promise')

let p = new Promise((resolve, reject) => {
    console.log('my promise')
    setTimeout(() => {
        resolve('success')
    }, 1000);
})

p.then(res => {
    console.log(res)
}, rej => {
    console.log(rej)
})

5.async + await

async + await是最新的异步编程方案...比较符合我们的编码习惯

其实搞懂了generator函数和promise之后, async和await就很好懂了, 我后面也实现了一遍
附上链接:
https://github.com/appleguard...

还是说一下:
generator函数是一个状态机，封装了多个内部状态
generator函数除了状态机，还是一个遍历器对象生成函数
可暂停函数, yield可暂停(保存上下文)，next方法可启动，每次返回的是yield后的表达式结果
yield表达式本身没有返回值，next方法可以带一个参数，该参数就会被当作上一个yield表达式的返回值

async+await 就是一个被包装的generator自执行器函数,结合promise实现

参考

阮一峰异步编程