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一位前端菜鸟对于JavaScript同步异步编程的了解

作者:前端菜鸟2018.04.28来源:Web前端之家浏览:7394评论:2
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来自一个前端菜鸟的对于JavaScript同步异步编程的了解,以下内容,仅供参考。大家知道,JavaScript的执行环境是单线程的,单线程的好处是执行环境简单,不用去考虑诸如资源同步,死锁等多线程阻塞式编程等所需要面对的恼人的问题。但带来的坏处是当一个任务执行时间较长时,后面的任务会等待很长时间。在浏览器端就会出现浏览器假死,鼠标无法响应等情况。所以在浏览器端,耗时很长的操作都应该异步执行,避免浏览器失去响应。所谓异步执行,不同于同步执行(程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的),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。既然Javascript是单线程的,那它又如何能够异步的执行呢?一起了解下:

一、 什么是同步编程、异步编程

传统的同步编程是一种请求响应模型,调用一个方法,等待其响应返回。

异步编程就是要重新考虑是否需要响应的问题,也就是缩小需要响应的地方。因为越快获得响应,就是越同步化,顺序化,事务化,性能化。

1. 同步编程

任务「Task1,Task2,Task3」进入主线程排队,一个接一个按部就班顺序执行,如下图:

2. 异步编程

任务不进入主线程,进入「任务队列」,当主线程执行完毕后开始读取任务队列,如下图:

运行机制:

* 所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈 (execution context stack)* 主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。当异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。* 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件,对应的异步任务结束等待状态,进入执行栈,开始执行。* 主线程不断重复上面的第三步。

3. 常见的异步任务

setTimeout

setInterval

setImmediate

Promise

MutationObserver

process.nextTick

……

二、 剖析异步编程

1. 看一个DEMO

运行后发现打印结果是:4 -> 2 -> 3 -> 1,带着疑问我们看下面的讲解……

2. Event loop事件

从上图中我们拆分理解:

一个事件循环(event loop)会有一个或多个任务队列(task queue)

task queue 就是 macrotask queue

每一个 event loop 都有一个 microtask queue

task queue == macrotask queue != microtask queue

一个任务 task 可以放入 macrotask queue 也可以放入 microtask queue 中

3. Microtasks 和 Macrotasks的分类

macrotasks:

setTimeout

setInterval

setImmediate

I/O

UI rendering

microtasks:

process.nextTick

Promises

Object.observe(废弃)

MutationObserver

4. 运行差异

我们再来看一个比较有意思的例子

结果来看打印顺序分别是start -> micro -> micro -> macro -> insert-micro -> macro

在timer执行栈中会执行I/O,idle,prepare,再通过poll方式去看是否有micro事件去执行,check确认没有任务可以执行就会关闭callbacks……

简单来说:,它从script(整体代码)开始第一次循环,之后,直到调用栈清空(只剩全局),然后执行所有的micro-task,当所有可执行的,找到其中一个任务队列执行完毕,然后再执行所有的micro-task,这样一直循环下去。

三、 异步编程的几种方式

1. 回调函数

这种回调函数通过来执行callback,从而达到异步的效果。

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,各个部分之间高度耦合(Coupling),流程会很混乱,而且每个任务只能指定一个回调函数。

2. 事件监听

这种通过给dom绑定监听’done’事件,同时借助来达到异步效果。

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,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。

3. 发布/订阅

下图是通过发布/订阅来实现异步操作

这里简单聊一下观察者模式和发布/订阅的异同点:

观察者模式由具体目标进行调度的

发布/订阅模式由统一由调度中心调度

观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的

发布/订阅模式不存在依赖

4. Promise

Promise是抽象异步处理对象以及对其进行各种操作的组件,它是基于并列 /并行处理设计的一种编程语言,Promise对象用于表示一个异步操作的最终状态(完成或失败),以及其返回的值。

我们从上图可看出Promise是一个接一个走下去的,该实现方式其实包括了队列/链式。

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。

5. Generator、Async/Await

Generator是一个状态机,它封装了多个内部状态,执行它将生成一个遍历器对象,而async函数是Generator函数的语法糖,await返回一个Promise对象,如果不是,会被转换成一个立即执行的Promise对象,await将等待当前行执行完成才会继续之后的内容。所以这里就举一个比较简单的例子了……

四、 总结

整文大部分都是在谈论JavaScript的异步编程,因为JavaScript是单线程的(虽然现在有了woker,但就目前看来实用性并不强),因此异步编程对其尤为重要。拿Node.js来说,外壳是一层JS语言,这是用户操作的层面,在这个层次上它是单线程运行的,所以我们会在很多场景下用到异步操作,虽然Node.js底层运用了很多多线程的操作,但对于用户层是透明的,所以掌握好JavaScript的异步编程对于我们coder来说还是很有必要的。

温馨提示:本文作者系 ,经Web前端之家编辑修改或补充,转载请注明出处和本文链接:
http://www.jiangweishan.com/article/JSbiancheng20180428.html

网友评论文明上网理性发言 已有2人参与

发表评论:

评论列表

  • admin  发布于 2018-04-28 15:30:54   回复该评论
  • 感觉不像前端菜鸟,学术很专啊,加油!
    • 前端菜鸟  发布于 2018-04-28 15:38:08   回复该评论
    • 也不全是我总结的哟,只是学习,大部分是来自大神的杰作。

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