前端的异步解决方案之Promise和Await/Async

2016-11-05 本文已影响1051人 SCQ000

异步编程模式在前端开发过程中，显得越来越重要。从最开始的XHR到封装后的Ajax都在试图解决异步编程过程中的问题。随着ES6新标准的出来，处理异步数据流的解决方案又有了新的变化。Promise就是这其中的一个。我们都知道，在传统的ajax请求中，当异步请求之间的数据存在依赖关系的时候，就可能产生很难看的多层回调，俗称”回调地狱”（callback hell）。另一方面，往往错误处理的代码和正常的业务代码耦合在一起，造成代码会极其难看。为了让编程更美好，我们就需要引入promise来降低异步编程的复杂性。

Promise

Promise 对象是一个返回值的代理，这个返回值在promise对象创建时未必已知。它允许你为异步操作的成功返回值或失败信息指定处理方法。这使得异步方法可以像同步方法那样返回值：异步方法会返回一个包含了原返回值的 promise 对象来替代原返回值。 ——MDN

我们来看一下官方定义，Promise实际上就是一个特殊的Javascript对象，反映了"异步操作的最终值"。"Promise"直译过来有预期的意思，因此，它也代表了某种承诺，即无论你异步操作成功与否，这个对象最终都会返回一个值给你。
先写一个简单的demo来直观感受一下：

const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  $.ajax('https://github.com/users', (value) =>  {
    resolve(value);
  }).fail((err) => {
    reject(err);
  });
});

promise.then((value) => {
  console.log(value);
},(err) => {
  console.log(err);
});
//也可以采取下面这种写法
promise.then(value => console.log(value)).catch(err => console.log(err));

上面的例子，会在Ajax请求成功后调用resolve回调函数来处理结果，如果请求失败则调用reject回调函数来处理错误。Promise对象内部包含三种状态，分别为pending,fulfilled和rejected。这三种状态可以类比于我们平常在ajax数据请求过程的pending,success,error。一开始请求发出后，状态是Pending,表示正在等待处理完毕，这个状态是中间状态而且是单向不可逆的。成功获得值后状态就变为fulfilled，然后将成功获取到的值存储起来，后续可以通过调用then方法传入的回调函数来进一步处理。而如果失败了的话，状态变为rejected,错误可以选择抛出（throw)或者调用reject方法来处理。

请求的几个状态：

pending（中间状态）—> fulfilled , rejected
fulfilled（最终态）—> 返回value 不可变
rejected（最终态） —> 返回reason 不可变

来一个简单的图：

promises.png

一个promise内部可以返回另一个promise，这样就可以进行层级调用。

const getAllUsers = new Promise((resolve, reject) => {
  $.ajax('https://github.com/users', (value) =>  {
    resolve(value);
  }).fail((err) => {
    reject(err);
  });
});

const getUserProfile = function(username) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
  $.ajax('https://github.com/users' + username, (value) =>  {
    resolve(value);
  }).fail((err) => {
    reject(err);
  });
};

getAllUsers.then((users) => {
  //获取第一个用户的信息
  return getUserProfile(users[0]);
 }).then((profile) => {
    console.log(profile)
 }).catch(err => console.log(err));

Promise实现原理

目前，有多种Promise的实现方式，我选择了https://github.com/then/promise的源码进行阅读。

function Promise(fn) {
    var state = null; //用以保存处理状态，true为fulfilled状态，false为rejected状态
    var value = null; //用以保存处理结果值
    var deferreds = []; 
    var self = this;
    this.then = function(onFulfilled, onRejected) {
        return new self.constructor(
            function(resolve, reject) {...}
        );
    }; //返回一个延迟处理函数，调用这个方法，就能触发用户传入的处理函数，分别对应处理promise的fulfilled状态和rejected状态

    function handle(deferred) {...} //延迟队列处理

    function resolve(newValue) {...} //更新value值，并把state更新为true,代表结果正常

    function reject(newValue) {...} //更新vlaue值，并把state更新为false,代表结果错误，这个value值就是错误原因方便后面调用处理

    function finale() {...} //清空异步队列
    
    doResolve(fn, resolve, reject); //调用resolve和reject两个回调函数处理结果
}

通过阅读promise的源码，我们可以很清楚地看到，在构建一个promise对象的时候，是利用函数式编程的特性，如惰性求值和部分求值等来进行将异步处理的。而内部的队列是通过setTimeout的机制将一些作业加入到事件队列中，而不阻塞主线程的操作。如果你感兴趣的话，可以去看一下实现源码以及事件队列、事件循环的相关文章。

构造Promise

Promise构造函数的初始函数需要有两个参数，resolve和reject，分别对应fulfilled和rejected两个状态的处理。

var promise = new Promise((resolve, reject) => {
  try {
    var value = doSomething();
    resolve(value);
  } catch(err) {
    reject(err);
  }
});

Promise的常用方法

1.Promise.all(iterator):

返回一个新的promise对象，其中所有promise的对象成功触发的时候，该对象才会触发成功，若有任何一个发成错误，就会触发改对象的失败方法。成功触发的返回值是所有promise对象返回值组成的数组。直接看例子吧：

//设置三个任务
const tasks = {
  task1() {
    return new Promise(...); //return 1
  },
  
  task2() {
    return new Promise(...); // return 2
  },
  
  task3() {
    return new Promise(...); // return 3
  }
};

//列表中的所有任务会并发执行，当所有任务执行状态都为fulfilled后，执行then方法
Promise.all([tasks.task1(), tasks.task2(), tasks.task3()]).then(result => console.log(result));
//最终结果为：[1,2,3]

2.Promise.race(iterable): 返回一个新的promise对象，其回调函数迭代遍历每个值，分别处理。同样都是传入一组promise对象进行处理，同Promise.all不同的是，只要其中有一个promise的状态变为fulfilled或rejected，就会调用后续的操作。

//设置三个任务
const tasks = {
  task1() {
    return new Promise(...); //return 1
  },
  
  task2() {
    return new Promise(...); // return 2
  },
  
  task3() {
    return new Promise(...); // return 3
  }
};

//列表中的所有任务会并发执行，只要有一个promise对象出现结果，就会执行then方法
Promise.race([tasks.task1(), tasks.task2(), tasks.task3()]).then(result => console.log(result));
//假设任务1最开始返回结果，则控制台打印结果为`1`

3.Promise.reject(reason)：返回一个新的promise对象，用reason值直接将状态变为rejected。

const promise2 = new Promise((resolve, reject) => {
  reject('Failed');
});

const promise2 = Promise.reject('Failed');

上面两种写法是等价的。

4.Promise.resolve(value): 返回一个新的promise对象，这个promise对象是被resolved的。

与reject类似，下面这两种写法也是等价的。

const promise2 = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve('Success');
});

const promise2 = Promise.resolve('Success');

5.then 利用这个方法访问值或者错误原因。其回调函数就是用来处理异步处理返回值的。

6.catch 利用这个方法捕获错误，并处理。

Generator & Iterator 迭代器和生成器

虽然Promise解决了回调地狱（callback hell)的问题，但是仍然需要在使用的时候考虑到非同步的情况，而有没有什么办法能让异步处理的代码写起来更简单呢？在介绍解决方案之前，我们先来介绍一下ES6中有的迭代器和生成器。
迭代器(Iterator)，顾名思义，它的作用就是用来迭代遍历集合对象。
在ES6语法中迭代器是一个有next方法的对象，可以利用Symbol.iterator的标志返回一个迭代器。

const getNum = {
  [Symbol.iterator]() {
    let arr = [1,2,3];
    let i = 0;
    return {
      next() {
        return i < arr.length ? {value: arr[i++]} : {done: true};
      }
    }
  }
}

//利用for...of语法遍历迭代器
for(const num of getNum) {
  console.log(num);
}

而生成器(Generator)可以看做一个特殊的迭代器，你可以不用纠结迭代器的定义形式，使用更加友好地方式实现代码逻辑。
先来看一段简单的代码：

function* getNum() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}
//调用生成器，生成一个可迭代的对象
const gen = getNum(); 

gen.next(); // {value: 1, done: false}
gen.next(); // {value: 2, done: false}
gen.next(); // {value: 3, done: true}

生成器函数的定义需要使用function*的形式，这也是它和普通函数定义的区别。yield是一个类似return的关键字，当代码执行到这里的时候，会暂停当前函数的执行，并保存当前的堆栈信息，返回yield后面跟着表达式的值，这个值就是上面代码所看到的value所对应的值。而done这个属性表示是否还有更多的元素。当done为true的时候，就表明这个迭代过程结束了。需要注意的是这个next方法中所传入参数，其实是上一个yield语句的返回值。如果你给next方法传入了参数，就会将上一次yield语句的值设置为对应值。

利用generator的异步处理

先来看一下下面这段代码：

function getFirstName() {
  setTimeout(() => {
    gen.next('hello');
  },2000);
}

function getLastName() {
  setTimeout(() => {
    gen.next('world');
  },1000);
}

function* say() {
  let firstName = yield getFirstName();
  let lastName = yield getLastName();
  console.log(firstName + lastName);
}

var gen = say();

gen.next(); // {value: undefined, done: false}
//helloworld

我们可以发现，当第一次调用gen.next()后，程序执行到第一个yield语句就中断了,而在getFirstName里显式地将上一个yield语句的返回值改为hello,触发了第二yield语句的执行。以此类推，最终就打印出我们想要的结果了。

spawn函数

我们可以考虑把上面的代码改写一下，在这里将Promise和Generator结合起来，将异步操作用Promise对象封装好，然后，resolve出去，而创建一个spawn函数，这个函数的作用是自动触发generator的next方法。来看一下代码：

function getFirstName() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resolve('hello');
    }, 2000);
  });
}

function getLastName() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resolve('world');
    }, 1000);
  });
}

function* say() {
  let firstName = yield getFirstName();
  let lastName = yield getLastName();
  console.log(firstName + lastName);
}

function spawn(generator) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    var onResult =  (lastPromiseResult) => {
      var {value, done} = generator.next(lastPromiseResult);
      if(!done) {
        value.then(onResult, reject);
      }else {
        resolve(value);
      }
    }
    onResult();
  });
}

spawn(say()).then((value) => {console.log(value)});

到这里，这个解决方案就很接近接下来要介绍的async/await的实现方式了。

Async/Await

这两个关键字其实是一起使用的，async函数其实就相当于funciton *的作用，而await就相当与yield的作用。而在async/await机制中，自动包含了我们上述封装出来的spawn自动执行函数。
利用这两个新的关键字，可以让代码更加简洁和明了：

function getFirstName() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      console.log('hello');
      resolve('hello');
    }, 2000);
  });
}

function getLastName() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      console.log('world');
      resolve('world');
    }, 1000);
  });
}
 
async function say() {
  let firstName = await getFirstName();
  let secondName = await getLastName();
  return firstName + lastName;
}

console.log(say());

执行结果为，先等待2秒打印hello,再等待1秒打印world，最后打印'helloworld'，与预期的执行顺序是一致的。

上面的代码你需要注意的是，你必须显式声明await，否则你会得到一个promise对象而不是你想要获得的值。

比起Generator函数,async/await的语义更好，代码写起来更加自然。将异步处理的逻辑放在语法层面去处理，写的代码也更加符合人的自然思考方式。

错误处理

对于async/await这种方法来说，错误处理也比较符合我们平常编写同步代码时候处理的逻辑，直接使用try..catch就可以了。

function getUsers() {
    return $.ajax('https://github.com/users');  
}

async function getFirstUser() {
    try {
        let users = await getUsers();
        return users[0].name;
    } catch (err) {
        return {
          name: 'default user'
        }
    }
}

写在最后

目前，Service Workers、 Fetch、 Streams、Loader 等全部基于 Promise。可以预见，在未来的Javascript异步编程中，Promise及其衍生出来的技术必将大放异彩。那么，你准备好了吗？

MDN Promise
https://www.promisejs.org/
https://promisesaplus.com/
es6 promises in depth
[https://ponyfoo.com/articles/understanding-javascript-async-await](understanding javascript async await)
ECMAScript 6入门
 Javascript下的setTimeout(fn,0)意味着什么？
https://www.youtube.com/watch?v=lil4YCCXRYc 视频
https://channel9.msdn.com/Events/Build/2015/3-644
谈谈使用 promise 时候的一些反模式