JavaScript异步编程

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这可能是个比较深的话题。何谓异步？

　　笼统地说，异步在javascript就是延时执行。严格来说，javascript中的异步编程能力都是由BOM与DOM提供的，如setTimeout，XMLHttpRequest，还有DOM的事件机制，还有HTML5新增加的webwork, postMessage，等等很多。这些东西都有一个共同的特点，就是拥有一个回调函数，实现控制反转。由于控制反转是更深奥的问题，这里不想展开。不过有点可以确认的，回调函数的存在打断了原来的执行流程，让它们自行在适当的时机出现并执行，这是个非常便捷的模式。对比主动式的轮询，你就知它多么节能。在同步编程，代码基本上自上向下执行，在异步编程，一些代码就要写到回调函数中，如果代码之间存在依赖，回调函数套回调函数的情况也不少见，这种套嵌结构对以后的维护来说简直是地狱。还有一种我们不得不面对的情况，try...catch无法捕捉几毫秒之后发生的异常。另外，除了setTimeout外，异步编程基本上由事件机制承担的，它们的回调函数什么时候发生基本上都是未知数，可能由于后台发生系统级错误，无法再发出响应，或者，系统忙碌，一时半刻响应不过来，这两种情况我们也必需提供一个策略，中断这操作，也就是所谓的abort，这些都是异步编程的所要处理的课题。

$.post("/foo.json", function (dataOfFoo) {//多层套嵌结构的Ajax回调
$.post("/bar.json", function (dataOfBar) {
$.post("/baz.json", function (dataOfBaz) {
alert([dataOfFoo, dataOfBar, dataOfBaz]);
});
});
});

function throwError(){
throw new Error('ERROR');
}

try{
setTimeout(throwError, 3000);
} catch(e){
alert(e);//这里的异常无法捕获
}

　　由于在javascript编程，随时都碰到这样的需求，因此实现相关轻捷的API是重中之重。正如上面所说，它只少要有以下功能，能储存一组回调函数（domReary,多投事件，特效），在特定时刻中执行所有回调函数，如果发生错误能触发相应的处理函数（负向回调），能中止整个操作，从中断处再起操作，如果要求更多，我们还想能从串行转向并行，由并行转入串行。可能有许多概念大家听不懂，是不是？但想弄个好的特效，这些都是必需的。如果玩过后端JS的人，一定听说过node.js，现在基本成为它的代名词了。路由派发，IO操作，都是异步的，事件驱动的，为了实现优雅的异步编程，大牛们忙得焦头烂额，一个个方案被提出来，如do.js.
step.js, async.js, flow.js……，不是太鸡肋，就是无法应用于前端。因此我们需要一个适合于前端的方案。

　　有件事我们必需明白，你想到的，人家都早已研究过了，并且已给出解决方案。十大javascript框架之一，Mochikit，就从Python的Twisted库搞来Deferred，后来又给dojo学去，现在你们又看到，相同的东西又出现在jQuery1.5上了。不过，Mochikit的Deferred还有一个不为人知的分支，由日本大牛cho45搞出来（他同时也搞什么BigInt，跨浏览器Testing，名气紧随amachang、uupaa、edvakf、nanto之后），叫JSDeferred。先说dojo那派系的（包括jQuery）的Deferred，一直处于无敌状态，与Common.js搞出一套规范，什么promises，then，when都是那时制定，jQuer基本全盘接受。另一分支，cho45的JSDeferred，构思非常奇特，没有使用数组来装载回调函数，而是通过setTimeout,image.onload,
postMessage等异步机制巧妙地把维护列队地工作道回浏览器自身，虽然有致命缺陷，但其易用性也被日本JS界所首肯，我的Deferred对象就从它的基本上发展过来的。Deferred这东西，我通常称之为异步列队，因为它们的确是需要两组由回调函接构成的队列，非常之形象。

　　在我们搬出异步列队之前，让我们看看普通的列队是怎么实现延迟的。

var Queue = function(){
this.list = []
}
Queue.prototype = {
constructor:Queue,
queue:function(fn) {
this.list.push(fn)
return this;
},
dequeue:function(){
var fn = this.list.shift()||function(){};
fn.call(this)
}
}

　　这样调用它：

var q = new Queue;
q.queue(function(){
log(1)
}).queue(function(){
log(2)
}).queue(function(){
log(3)
});
while(q.list.length){
q.dequeune();
}

　　但这是同步，想异步，我们需要用setTimeout：

var el = document.getElementById("test");
var q = new Queue();
q.queue(function(){
var self = this;
el.innerHTML = 1
setTimeout(function(){
self.dequeue()
},1000);
}).queue(function(){
var self = this;
el.innerHTML = 2
setTimeout(function(){
self.dequeue()
},1000);
}).queue(function(){
var self = this;
el.innerHTML = 3
setTimeout(function(){
self.dequeue()
},1000);
}).dequeue()

　　如大家所见，这样写绝对不友好。我们需要把setTimeout整到Queue类中去，另对queue做一些修改，不要只弹出一个函数进行执行，通常情况下会对列队中的所有回调进行操作的，如domReay，多投事件。

var Queue = function(){
this.list = []
}
Queue.prototype = {
constructor:Queue,
queue:function(fn) {
this.list.push(fn)
return this;
},
wait:function(ms){
this.list.push(ms)
return this;
},
dequeue:function(){
var self = this, list = self.list;
var el = list.shift()||function(){};
if(typeof el == "number"){
setTimeout(function(){
self.dequeue();
},el);
}else if(typeof el == "function") {
el.call(this)
if(list.length)
self.dequeue();
}
}
}

　　Great，如果我们能自由控制每个回调的间隔，这对于做动画效果说，就变得非常简单了。但这Queue类相对我们最初定下的目标来说，还是差得远。Ajax，多投事件，domReay将统统划归于它的麾下，因此它需要用一些适用性更强的API。用过dojo的人也知，它的Deferred就像DNA的染色体一样，是双线的，可以捕捉不在同一时间线上的异常，而且这些列队不能像卫生筷那样用完一次就废了，这样就无法支撑多投事件的实现了。想要实现这些功能，就需要一个很复杂的东西，我将在第二部分隆重介绍我的异步列队，看它是如何优雅地解决这些问题。

以下为JavaScript异步编程的4种方法：

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）。

　　"同步模式"就是上一段的模式，后一个任务等待前一个任务结束，然后再执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的；"异步模式"则完全不同，每一个任务有一个或多个回调函数（callback），前一个任务结束后，不是执行后一个任务，而是执行回调函数，后一个任务则是不等前一个任务结束就执行，所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。



　　"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。

　　本文总结了"异步模式"编程的4种方法，理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。

　　一、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。

f1();
f2();

　　如果f1是一个很耗时的任务，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数。

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

　　执行代码就变成下面这样：

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，程序的流程会很混乱，而且每个任务只能指定一个回调函数。

　　二、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。

　　还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的jQuery的写法）。

f1.on('done'，f2);

　　上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：

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

　　f1.trigger('done')表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2。

　　这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。

　　三、发布/订阅

　　上一节的"事件"，完全可以理解成"信号"。

　　我们假定，存在一个"信号中心"，某个任务执行完成，就向信号中心"发布"（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心"订阅"（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"（publish-subscribe
pattern），又称"观察者模式"（observer pattern）。

　　这个模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny
Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

　　首先，f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。

jQuery.subscribe("done", f2);

　　然后，f1进行如下改写：

function f1(){
　　setTimeout(function () {
　　　　// f1的任务代码
　　　　jQuery.publish("done");
　　}, 1000);
}

　　jQuery.publish("done")的意思是，f1执行完成后，向"信号中心"jQuery发布"done"信号，从而引发f2的执行。

　　此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe("done", f2);

　　这种方法的性质与"事件监听"类似，但是明显优于后者。因为我们可以通过查看"消息中心"，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

　　四、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。

　　简单说，它的思想是，每一个异步任务返回一个Promise对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数。比如，f1的回调函数f2，可以写成：

f1().then(f2);

　　f1要进行如下改写（这里使用的是jQuery的实现）：

function f1(){
　　var dfd = $.Deferred();
　　setTimeout(function () {
　　　　// f1的任务代码
　　　　dfd.resolve();
　　}, 500);
　　return dfd.promise;
}

　　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，而且有一整套的配套方法，可以实现许多强大的功能。

　　比如，指定多个回调函数：

f1().then(f2).then(f3);

　　再比如，指定发生错误时的回调函数：

f1().then(f2).fail(f3);

　　而且，它还有一个前面三种方法都没有的好处：如果一个任务已经完成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点就是编写和理解，都相对比较难。

　　五、参考链接

　　* Asynchronous JS: Callbacks, Listeners, Control Flow Libs and Promises