Node.js异步编程进化论

  • 2020 年 3 月 28 日
  • 筆記

Node.js异步编程callback

我们知道，Node.js中有两种事件处理方式，分别是callback(回调)和EventEmitter(事件发射器)。本文首先介绍的是callback。

error-first callback 错误优先是Node.js回调方式的标准。

第一个参数是error，后面的参数才是结果。

我们以现实生活中去面试来举个?，面试成功我们漏出洋溢的笑容，面试失败我们就哭并尝试找到失败的原因。

try {      interview(function() {      	console.log('smile');      });  } catch(e) {      console.log('cry', e);  }  function interview(callback) {      setTimeout(() => {          if (Math.random() < 0.1) {              callback('success');          } else {              throw new Error('fail');          }      }, 500);  }

如上代码运行后，try/catch并不像我们所想，它并没有抓取到错误，错误反而被抛到了Node.js全局，导致程序崩溃。（是由于Node.js的每一个事件循环都是一个全新的调用栈Call Stack）

为了解决上面的问题，Node.js官方形成了如下规范：

interview(function (res) {      if (res) {          return console.log('cry');      }      console.log('smile');  })  function interview (callback) {      setTimeout(() => {          if (Math.random() < 0.8) {              callback(null, 'success');          } else {              callback(new Error('fail'));          }      }, 500);  }

回调地狱Callback hell

XX大厂有三轮面试，看下面的?

interview(function (err) {      if (err) {          return console.log('cry at 1st round');      }      interview(function (err) {          if (err) {              return console.log('cry at 2nd round');          }          interview(function (err) {              return console.log('cry at 3rd round');          })          console.log('smile');      })  })  function interview (callback) {      setTimeout(() => {          if (Math.random() < 0.1) {              callback(null, 'success');          } else {              callback(new Error('fail'));          }      }, 500);  }

我们再来看并发情况下callback的表现。

同时去两家公司面试，当两家面试都成功时我们才会开心，看下面这个?

var count = 0;  interview(function (err) {      if (err) {          return console.log('cry');      }      count++;  })  interview(function (err) {      if (err) {          return console.log('cry');      }      count++;      if (count) {          //当count满足一定条件时，面试都通过          //...          return console.log('smile');      }  })  function interview (callback) {      setTimeout(() => {          if (Math.random() < 0.1) {              callback(null, 'success');          } else {              callback(new Error('fail'));          }      }, 500);  }

异步逻辑的增多随之而来的是嵌套深度的增加。如上的代码是有很多缺点的：

  • 代码臃肿，不利于阅读与维护
  • 耦合度高，当需求变更时，重构成本大
  • 因为回调函数都是匿名函数导致难以定位bug

为了解决回调地狱，社区曾提出了一些解决方案。

1.async.js npm包，是社区早期提出的解决回调地狱的一种异步流程控制库。 2.thunk 编程范式，著名的co模块在v4以前的版本中曾大量使用Thunk函数。Redux中也有中间件redux-thunk。

不过它们都退出了历史舞台。

毕竟软件工程没有银弹，取代他们的方案是Promise

Promise

Promise/A+规范镇楼，ES6采用的这个规范实现的Promise。

Promise 是异步编程的一种解决方案，ES6 将其写进了语言标准，统一了用法，原生提供了Promise对象。

简单说，Promise就是当前事件循环不会得到结果，但未来的事件循环会给到你结果。

毫无疑问，Promise是一个渣男。

Promise也是一个状态机，只能从pending变为以下状态(一旦改变就不能再变更)

  • fulfilled(本文称为resolved)
  • rejected
// nodejs 不会打印状态  // Chrome控制台中可以  var promise = new Promise(function(resolve, reject){      setTimeout(() => {          resolve();      }, 500)  })  console.log(promise);  setTimeout(() => {      console.log(promise);  }, 800);  // node.js中  // promise { <pending> }  // promise { <undefined> }  // 将上面代码放入闭包中扔到google控制台里  // google中  // Promise { <pending> }  // Promise { <resolved>: undefined }

Promise

  • then
  • catch

resolved状态的Promise会回调后面的第一个.then rejected状态的Promise会回调后面的第一个.catch 任何一个rejected状态且后面没有.catch的Promise，都会造成浏览器/node环境的全局错误。

Promise比callback优秀的地方，是可以解决异步流程控制问题。

(function(){      var promise = interview();      promise          .then((res) => {              console.log('smile');          })          .catch((err) => {              console.log('cry');          });      function interview() {          return new Promise((resoleve ,reject) => {              setTimeout(() => {                 if (Math.random() > 0.2) {                     resolve('success');                 } else {                     reject(new Error('fail'));                 }              }, 500);          });      }  })();

执行then和catch会返回一个新的Promise，该Promise最终状态根据then和catch的回调函数的执行结果决定。我们可以看下面的代码和打印出的结果：

(function(){    var promise = interview();    var promise2 = promise        .then((res) => {            throw new Error('refuse');        });        setTimeout(() => {            console.log(promise);            console.log(promise2);        }, 800);    function interview() {        return new Promise((resoleve ,reject) => {            setTimeout(() => {               if (Math.random() > 0.2) {                   resolve('success');               } else {                   reject(new Error('fail'));               }            }, 500);        });    }  })();  // Promise { <resolved>: "success"}  // Promise { <rejected>: Error:refuse }

如果回调函数最终是throw，该Promise是rejected状态。 如果回调函数最终是return，该Promise是resolved状态。 但如果回调函数最终return了一个Promise，该Promise会和回调函数return Promise状态保持一致。

Promise解决回调地狱

我们来用Promise重新实现一下上面去大厂三轮面试代码。

(function() {      var promise = interview(1)          .then(() => {              return interview(2);          })          .then(() => {              return interview(3);          })          .then(() => {              console.log('smile');          })          .catch((err) => {              console.log('cry at' + err.round + 'round');          });      function interview (round) {          return new Promise((resolve, reject) => {              setTimeout(() => {                  if (Math.random() > 0.2) {                      resolve('success');                  } else {                      var Error = new Error('fail');                      error.round = round;                      reject(error);                  }              }, 500);          });      }  })();

与回调地狱相比，Promise实现的代码通透了许多。

Promise在一定程度上把回调地狱变成了比较线性的代码，去掉了横向扩展，回调函数放到了then中，但其仍然存在于主流程上，与我们大脑顺序线性的思维逻辑还是有出入的。

Promise处理并发异步

(function() {      Promise.all([          interview('Alibaba'),          interview('Tencent')      ])      .then(() => {          console.log('smile');      })      .catch((err) => {          console.log('cry for' + err.name);      });      function interview (name) {          return new Promise((resolve, reject) => {              setTimeout(() => {                  if (Math.random() > 0.2) {                      resolve('success');                  } else {                      var Error = new Error('fail');                      error.name = name;                      reject(error);                  }              }, 500);          });      }  })();

上面代码中的catch是存在问题的。注意，它只能获取第一个错误。

Generator

Generator和Generator Function是ES6中引入的新特性，是在Python、C#等语言中借鉴过来。

生成器的本质是一种特殊的迭代器。

function * doSomething() {}

如上所示，函数后面带“*”的就是Generator。

function * doSomething() {      interview(1);      yield; // Line (A)      interview(2);  }  var person = doSomething();  person.next();  // 执行interview1，第一次面试，然后悬停在Line(A)处  person.next();  // 恢复Line(A)点的执行，执行interview2，进行第二次次面试

next的返回结果

第一个person.next()返回结果是{value:'', done:false} 第二个person.next()返回结果是{value:'', done:true}

关于next的返回结果，我们要知道，如果done的值为true，即代表Generator里的异步操作全部执行完毕。

为了可以在Generator中使用多个yield，TJ Holowaychuk编写了co这个著名的ES6模块。co的源码有很多巧妙的实现，大家可以自行阅读。

async/await

Generator的弊端是没有执行器，它本身是为了计算而设计的迭代器，并不是为了流程控制而生。co的出现较好的解决了这个问题，但是为什么我们非要借助于co而不直接实现呢？

async/await被选为天之骄子应运而生。

async function 是一个穿越事件循环存在的function。

async function实际上是Promise的语法糖封装。它也被称为异步编程的终极方案-以同步的方式写异步。

await关键字可以"暂停"async function的执行。

await关键字可以以同步的写法获取Promise的执行结果。

try/catch可以获取await所得到的任意错误，解决了上面Promise中catch只能获取第一个错误的问题。

async/await解决回调地狱

(async function () {    try {        await interview(1);        await interview(2);        await interview(3);    } catch (e) {        return console.log('cry at' + e.round);    }    console.log('smile');  })();

async/await处理并发异步

(async function () {      try {          await Promise.all([interview(1), interview(2)]);      } catch (e) {          return console.log('cry at' + e.round);      }      console.log('smile');  })();

无论是相比callback，还是Promise，async/await只用短短几行代码便实现了异步流程控制。

遗憾的是，async/await最终没能进入ES7规范(只能等到ES8)，但在Chrome V8引擎里得以实现，Node.js v7.6也集成了async函数。

实践经验总结

在常见的Web应用中，在DAO层使用Promise较好，在Service层使用async函数较好。

参考：

  • 狼书-更了不起的Node.js
  • Node.js开发实战

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