彻底明白Promise原理
前一阵子记录了promise的一些常规用法,这篇文章再深入一个层次,来分析分析promise的这种规则机制是如何实现的。ps:本文适合已经对promise的用法有所了解的人阅读,如果对其用法还不是太了解,可以移步我的上一篇博文。
本文的promise源码是按照Promise/A+规范来编写的(不想看英文版的移步Promise/A+规范中文翻译)
引子
为了让大家更容易理解,我们从一个场景开始讲解,让大家一步一步跟着思路思考,相信你一定会更容易看懂。
考虑下面一种获取用户id的请求处理
[code]//例1 function getUserId() { return new Promise(function(resolve) { //异步请求 http.get(url, function(results) { resolve(results.id) }) }) } getUserId().then(function(id) { //一些处理 })
getUserId方法返回一个
promise,可以通过它的
then方法注册(注意
注册这个词)在
promise异步操作成功时执行的回调。这种执行方式,使得异步调用变得十分顺手。
原理剖析
那么类似这种功能的
Promise怎么实现呢?其实按照上面一句话,实现一个最基础的雏形还是很easy的。
极简promise雏形
[code]function Promise(fn) { var value = null, callbacks = []; //callbacks为数组,因为可能同时有很多个回调 this.then = function (onFulfilled) { callbacks.push(onFulfilled); }; function resolve(value) { callbacks.forEach(function (callback) { callback(value); }); } fn(resolve); }
上述代码很简单,大致的逻辑是这样的:
- 调用
then
方法,将想要在Promise
异步操作成功时执行的回调放入callbacks
队列,其实也就是注册回调函数,可以向观察者模式方向思考; - 创建
Promise
实例时传入的函数会被赋予一个函数类型的参数,即resolve
,它接收一个参数value,代表异步操作返回的结果,当一步操作执行成功后,用户会调用resolve
方法,这时候其实真正执行的操作是将callbacks
队列中的回调一一执行;
可以结合
例1中的代码来看,首先
new Promise时,传给
promise的函数发送异步请求,接着调用
promise对象的
then属性,注册请求成功的回调函数,然后当异步请求发送成功时,调用
resolve(results.id)方法, 该方法执行
then方法注册的回调数组。
相信仔细的人应该可以看出来,
then方法应该能够链式调用,但是上面的最基础简单的版本显然无法支持链式调用。想让
then方法支持链式调用,其实也是很简单的:
[code]this.then = function (onFulfilled) { callbacks.push(onFulfilled); return this; };
see?只要简单一句话就可以实现类似下面的链式调用:
[code]// 例2 getUserId().then(function (id) { // 一些处理 }).then(function (id) { // 一些处理 });
加入延时机制
细心的同学应该发现,上述代码可能还存在一个问题:如果在
then方法注册回调之前,
resolve函数就执行了,怎么办?比如
promise内部的函数是同步函数:
[code]// 例3 function getUserId() { return new Promise(function (resolve) { resolve(9876); }); } getUserId().then(function (id) { // 一些处理 });
这显然是不允许的,
Promises/A+规范明确要求回调需要通过异步方式执行,用以保证一致可靠的执行顺序。因此我们要加入一些处理,保证在
resolve执行之前,
then方法已经注册完所有的回调。我们可以这样改造下
resolve函数:
[code]function resolve(value) { setTimeout(function() { callbacks.forEach(function (callback) { callback(value); }); }, 0) }
上述代码的思路也很简单,就是通过
setTimeout机制,将
resolve中执行回调的逻辑放置到
JS任务队列末尾,以保证在
resolve执行时,
then方法的回调函数已经注册完成.
但是,这样好像还存在一个问题,可以细想一下:如果
Promise异步操作已经成功,这时,在异步操作成功之前注册的回调都会执行,但是在
Promise异步操作成功这之后调用的
then注册的回调就再也不会执行了,这显然不是我们想要的。
加入状态
恩,为了解决上一节抛出的问题,我们必须加入状态机制,也就是大家熟知的
pending、
fulfilled、
rejected。
Promises/A+规范中的2.1
Promise States中明确规定了,
pending可以转化为
fulfilled或
rejected并且只能转化一次,也就是说如果
pending转化到
fulfilled状态,那么就不能再转化到
rejected。并且
fulfilled和
rejected状态只能由
pending转化而来,两者之间不能互相转换。一图胜千言:
改进后的代码是这样的:
[code]function Promise(fn) { var state = 'pending', value = null, callbacks = []; this.then = function (onFulfilled) { if (state === 'pending') { callbacks.push(onFulfilled); return this; } onFulfilled(value); return this; }; function resolve(newValue) { value = newValue; state = 'fulfilled'; setTimeout(function () { callbacks.forEach(function (callback) { callback(value); }); }, 0); } fn(resolve); }
上述代码的思路是这样的:
resolve执行时,会将状态设置为
fulfilled,在此之后调用
then添加的新回调,都会立即执行。
这里没有任何地方将
state设为
rejected,为了让大家聚焦在核心代码上,这个问题后面会有一小节专门加入。
链式Promise
那么这里问题又来了,如果用户再then函数里面注册的仍然是一个
Promise,该如何解决?比如下面的
例4:
[code]// 例4 getUserId() .then(getUserJobById) .then(function (job) { // 对job的处理 }); function getUserJobById(id) { return new Promise(function (resolve) { http.get(baseUrl + id, function(job) { resolve(job); }); }); }
这种场景相信用过
promise的人都知道会有很多,那么类似这种就是所谓的链式
Promise。
链式
Promise是指在当前
promise达到
fulfilled状态后,即开始进行下一个
promise(后邻
promise)。那么我们如何衔接当前
promise和后邻
promise呢?(这是这里的难点)。
其实也不是辣么难,只要在
then方法里面
return一个
promise就好啦。
Promises/A+规范中的2.2.7就是这么说哒(微笑脸)~
下面来看看这段暗藏玄机的
then方法和
resolve方法改造代码:
[code]function Promise(fn) { var state = 'pending', value = null, callbacks = []; this.then = function (onFulfilled) { return new Promise(function (resolve) { handle({ onFulfilled: onFulfilled || null, resolve: resolve }); }); }; function handle(callback) { if (state === 'pending') { callbacks.push(callback); return; } //如果then中没有传递任何东西 if(!callback.onFulfilled) { callback.resolve(value); return; } var ret = callback.onFulfilled(value); callback.resolve(ret); } function resolve(newValue) { if (newValue && (typeof newValue === 'object' || typeof newValue === 'function')) { var then = newValue.then; if (typeof then === 'function') { then.call(newValue, resolve); return; } } state = 'fulfilled'; value = newValue; setTimeout(function () { callbacks.forEach(function (callback) { handle(callback); }); }, 0); } fn(resolve); }
我们结合
例4的代码,分析下上面的代码逻辑,为了方便阅读,我把
例4的代码贴在这里:
[code]// 例4 getUserId() .then(getUserJobById) .then(function (job) { // 对job的处理 }); function getUserJobById(id) { return new Promise(function (resolve) { http.get(baseUrl + id, function(job) { resolve(job); }); }); }
then
方法中,创建并返回了新的Promise
实例,这是串行Promise
的基础,并且支持链式调用。handle
方法是promise
内部的方法。then
方法传入的形参onFulfilled
以及创建新Promise
实例时传入的resolve
均被push
到当前promise
的callbacks
队列中,这是衔接当前promise
和后邻promise
的关键所在(这里一定要好好的分析下handle的作用)。getUserId
生成的promise
(简称getUserId promise
)异步操作成功,执行其内部方法resolve
,传入的参数正是异步操作的结果id
- 调用
handle
方法处理callbacks
队列中的回调:getUserJobById
方法,生成新的promise
(getUserJobById promise
) - 执行之前由
getUserId promise
的then
方法生成的新promise
(称为bridge promise
)的resolve
方法,传入参数为getUserJobById promise
。这种情况下,会将该resolve
方法传入getUserJobById promise
的then
方法中,并直接返回。 - 在
getUserJobById promise
异步操作成功时,执行其callbacks
中的回调:getUserId bridge promise
中的resolve
方法 - 最后执行
getUserId bridge promise
的后邻promise
的callbacks
中的回调。
更直白的可以看下面的图,一图胜千言(都是根据自己的理解画出来的,如有不对欢迎指正):
失败处理
在异步操作失败时,标记其状态为
rejected,并执行注册的失败回调:
[code]//例5 function getUserId() { return new Promise(function(resolve) { //异步请求 http.get(url, function(error, results) { if (error) { reject(error); } resolve(results.id) }) }) } getUserId().then(function(id) { //一些处理 }, function(error) { console.log(error) })
有了之前处理
fulfilled状态的经验,支持错误处理变得很容易,只需要在注册回调、处理状态变更上都要加入新的逻辑:
[code]function Promise(fn) { var state = 'pending', value = null, callbacks = []; this.then = function (onFulfilled, onRejected) { return new Promise(function (resolve, reject) { handle({ onFulfilled: onFulfilled || null, onRejected: onRejected || null, resolve: resolve, reject: reject }); }); }; function handle(callback) { if (state === 'pending') { callbacks.push(callback); return; } var cb = state === 'fulfilled' ? callback.onFulfilled : callback.onRejected, ret; if (cb === null) { cb = state === 'fulfilled' ? callback.resolve : callback.reject; cb(value); return; } ret = cb(value); callback.resolve(ret); } function resolve(newValue) { if (newValue && (typeof newValue === 'object' || typeof newValue === 'function')) { var then = newValue.then; if (typeof then === 'function') { then.call(newValue, resolve, reject); return; } } state = 'fulfilled'; value = newValue; execute(); } function reject(reason) { state = 'rejected'; value = reason; execute(); } function execute() { setTimeout(function () { callbacks.forEach(function (callback) { handle(callback); }); }, 0); } fn(resolve, reject); }
上述代码增加了新的
reject方法,供异步操作失败时调用,同时抽出了
resolve和
reject共用的部分,形成
execute方法。
错误冒泡是上述代码已经支持,且非常实用的一个特性。在
handle中发现没有指定异步操作失败的回调时,会直接将
bridge promise(
then函数返回的
promise,后同)设为
rejected状态,如此达成执行后续失败回调的效果。这有利于简化串行
Promise的失败处理成本,因为一组异步操作往往会对应一个实际功能,失败处理方法通常是一致的:
[code]//例6 getUserId() .then(getUserJobById) .then(function (job) { // 处理job }, function (error) { // getUserId或者getUerJobById时出现的错误 console.log(error); });
异常处理
细心的同学会想到:如果在执行成功回调、失败回调时代码出错怎么办?对于这类异常,可以使用
try-catch捕获错误,并将
bridge promise设为
rejected状态。
handle方法改造如下:
[code]function handle(callback) { if (state === 'pending') { callbacks.push(callback); return; } var cb = state === 'fulfilled' ? callback.onFulfilled : callback.onRejected, ret; if (cb === null) { cb = state === 'fulfilled' ? callback.resolve : callback.reject; cb(value); return; } try { ret = cb(value); callback.resolve(ret); } catch (e) { callback.reject(e); } }
如果在异步操作中,多次执行
resolve或者
reject会重复处理后续回调,可以通过内置一个标志位解决。
总结
刚开始看promise源码的时候总不能很好的理解then和resolve函数的运行机理,但是如果你静下心来,反过来根据执行promise时的逻辑来推演,就不难理解了。这里一定要注意的点是:promise里面的then函数仅仅是注册了后续需要执行的代码,真正的执行是在resolve方法里面执行的,理清了这层,再来分析源码会省力的多。
现在回顾下Promise的实现过程,其主要使用了设计模式中的观察者模式:
- 通过Promise.prototype.then和Promise.prototype.catch方法将观察者方法注册到被观察者Promise对象中,同时返回一个新的Promise对象,以便可以链式调用。
- 被观察者管理内部pending、fulfilled和rejected的状态转变,同时通过构造函数中传递的resolve和reject方法以主动触发状态转变和通知观察者。
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