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Javascript中的异步以及如何异步

简介: js是单线程的,执行起来是顺序的。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

Javascript语言的执行环境是”单线程”(single thread)

js是单线程的,执行起来是顺序的。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

优点:实现起来比较简单,执行环境相对单纯

缺点: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:后一个任务等待前一个任务结束再执行,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

"异步模式"编程的四种方法

异步函数书写的时候不要用"return"来返回值哦,必须通过回调函数来返回值

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

var func1=function(callback){
    console.log(1);
    (callback && typeof(callback)==='function') && callback();
}
func1(func2);
var func2=function(){
    console.log(2);
}

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

异步回调中最常见的形式就是Ajax了

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(尤其是回调函数嵌套的情况),而且每个任务只能指定一个回调函数

采用事件驱动模式(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

通过事件机制,实现代码的解耦。js处理DOM交互就是采用的事件机制,我们这儿只是实现一些自定义的事件而已。JS中已经很好的支持了自定义事件

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');   //trigger() 方法触发被选元素的指定事件类型
    }, 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,而且可以"去耦合"(Decoupling),有利于实现模块化。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

观察者模式(发布订阅模式)

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

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

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

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

有了 Promise 对象,就可以将异步操作以同步操作的流程表达出来,避免了层层嵌套的回调函数。此外,Promise 对象提供统一的接口,使得控制异步操作更加容易。

Promise 也有一些缺点。首先,无法取消 Promise,一旦新建它就会立即执行,无法中途取消。其次,如果不设置回调函数,Promise 内部抛出的错误,不会反应到外部。第三,当处于 Pending 状态时,无法得知目前进展到哪一个阶段(刚刚开始还是即将完成)

异步操作的流程控制

串行执行

编写一个流程控制函数,让它来控制异步任务,一个任务完成以后,再执行另一个

var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = [];
function series(item) {
    if(item) {
        async( item, function(result) {
            results.push(result);
            return series(items.shift());
        });
    } else {
        return final(results);
    }
}
series(items.shift());

函数series就是串行函数,它会依次执行异步任务,所有任务都完成后,才会执行final函数。items数组保存每一个异步任务的参数,results数组保存每一个异步任务的运行结果

并行执行

所有异步任务同时执行,等到全部完成以后,才执行final函数

var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = []; 
items.forEach(function(item) {   //forEach方法会同时发起6个异步任务,等到它们全部完成以后,才会执行final函数
    async(item, function(result){
        results.push(result);
        if(results.length == items.length) {
            final(results);
        }
    })
});

并行执行的好处是效率较高,比起串行执行一次只能执行一个任务,较为节约时间。但是问题在于如果并行的任务较多,很容易耗尽系统资源,拖慢运行速度。因此有了第三种流程控制方式

并行与串行的结合

设置一个门槛,每次最多只能并行执行n个异步任务。这样就避免了过分占用系统资源

//变量running记录当前正在运行的任务数,只要低于门槛值,就再启动一个新的任务。如果等于0,就表示所有任务都执行完了,这时就执行final函数。最多只能同时运行两个异步任务。
var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = [];
var running = 0;
var limit = 2; 
function launcher() {
    while(running < limit && items.length > 0) {
        var item = items.shift();
        async(item, function(result) {
            results.push(result);
            running++;
            if(items.length > 0) {
                launcher();
            }
        });
        running--;
        if(running == 0) {
            final();
        }
    }
}

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