Javascript異步編程詳解
前言
你可能知道,Javascript語言的執行環境是"單線程"(single thread)。
所謂"單線程",就是指一次只能完成一件任務。如果有多個任務,就必須排隊,前面一個任務完成,再執行后面一個任務,以此類推。
這種模式的好處是實現起來比較簡單,執行環境相對單純;壞處是只要有一個任務耗時很長,后面的任務都必須排隊等著,會拖延整個程序的執行。常見的瀏覽器無響應(假死),往往就是因為某一段Javascript代碼長時間運行(比如死循環),導致整個頁面卡在這個地方,其他任務無法執行。
為了解決這個問題,Javascript語言將任務的執行模式分成兩種:同步(Synchronous)和異步(Asynchronous).
"異步模式"非常重要。在瀏覽器端,耗時很長的操作都應該異步執行,避免瀏覽器失去響應,***的例子就是Ajax操作。在服務器端,"異步模式"甚至是唯一的模式,因為執行環境是單線程的,如果允許同步執行所有http請求,服務器性能會急劇下降,很快就會失去響應。
setTimeout 函數的弊端
延時處理當然少不了 setTimeout這個神器,很多人對 setTimeout函數的理解就是:延時為 n 的話,函數會在 n 毫秒之后執行。事實上并非如此,這里存在三個問題:
一個是 setTimeout函數的及時性問題, setTimeout是存在一定時間間隔的,并不是設定 n 毫秒執行,他就是 n 毫秒執行,可能會有一點時間的延遲,setInterval 和 setTimeout 函數運轉的最短周期是 5ms 左右,這個數值在 HTML規范 中也是有提到的:
- Let timeout be the second method argument, or zero if the argument was omitted.如果 timeout 參數沒有寫,默認為 0
- If nesting level is greater than 5, and timeout is less than 4, then increase timeout to 如果嵌套的層次大于 5 ,并且 timeout 設置的數值小于 4 則直接取 4.
其次是while循環會阻塞setTimeout的執行
看這段代碼:
- var t = true;
- window.setTimeout(function (){
- t = false;
- },1000);
- while (t){}
- alert('end');
結果是死循環導致setTimeout不執行,也導致alert不執行
js是單線程,所以會先執行while(t){}再alert,但這個循環體是死循環,所以永遠不會執行alert。
至于說為什么不執行setTimeout,是因為js的工作機制是:當線程中沒有執行任何同步代碼的前提下才會執行異步代碼,setTimeout是異步代碼,所以setTimeout只能等js空閑才會執行,但死循環是永遠不會空閑的,所以setTimeout也永遠不會執行。
第三是,try..catch捕捉不到他的錯誤
異步編程方法
回調函數
這是異步編程最基本的方法。
假定有兩個函數f1和f2,后者等待前者的執行結果。
- function f1(callback){
- setTimeout(function () {
- // f1的任務代碼
- callback();
- }, 1000);
- }
- f1(f2);
采用這種方式,我們把同步操作變成了異步操作,f1不會堵塞程序運行,相當于先執行程序的主要邏輯,將耗時的操作推遲執行。
回調函數的優點是簡單、容易理解和部署,缺點是不利于代碼的閱讀和維護,各個部分之間高度耦合(Coupling),流程會很混亂,而且每個任務只能指定一個回調函數。
事件監聽
另一種思路是采用事件驅動模式。任務的執行不取決于代碼的順序,而取決于某個事件是否發生
- f1.on('done', f2);
- function f1(){
- setTimeout(function () {
- // f1的任務代碼
- f1.trigger('done');
- }, 1000);
- }
JS 和 瀏覽器提供的原生方法基本都是基于事件觸發機制的,耦合度很低,不過事件不能得到流程控制
Promises對象
Promises對象是CommonJS工作組提出的一種規范,目的是為異步編程提供統一接口。
Promises可以簡單理解為一個事務,這個事務存在三種狀態:
- 已經完成了 resolved
- 因為某種原因被中斷了 rejected
- 還在等待上一個事務結束 pending
簡單說,它的思想是,每一個異步任務返回一個Promises對象,該對象有一個then方法,允許指定回調函數,這樣寫的優點在于,回調函數變成了鏈式寫法,程序的流程可以看得很清楚
Promises就是一個事務的管理器。他的作用就是將各種內嵌回調的事務用流水形式表達,其目的是為了簡化編程,讓代碼邏輯更加清晰。
Promises可以分為:
- 無錯誤傳遞的 Promises,也就是事務不會因為任何原因中斷,事務隊列中的事項都會被依次處理,此過程中 Promises只有pending和 resolved兩種狀態,沒有 rejected狀態。
- 包含錯誤的 Promises,每個事務的處理都必須使用容錯機制來獲取結果,一旦出錯,就會將錯誤信息傳遞給下一個事務,如果錯誤信息會影響下一個事務,則下一個事務也會 rejected,如果不會,下一個事務可以正常執行,依次類推。
此處留坑講generator實現異步編程
封裝好的實現
jquery的Deferred對象
簡單說,Deferred對象就是jquery的回調函數解決方案。在英語中,defer的意思是"延遲",所以Deferred對象的含義就是"延遲"到未來某個點再執行。
首先,回顧一下jquery的ajax操作的傳統寫法:
- $.ajax({
- url: "test.html",
- success: function(){
- alert("哈哈,成功了!");
- },
- error:function(){
- alert("出錯啦!");
- }
- });
有了Deferred對象以后,寫法是這樣的:
- $.ajax("test.html")
- .done(function(){ alert("哈哈,成功了!"); })
- .fail(function(){ alert("出錯啦!"); });
可以看到,done()相當于success方法,fail()相當于error方法。采用鏈式寫法以后,代碼的可讀性大大提高。
了解jQuery.Deferred對象可以看下面這個表格。
when.js
AngularJS內置的Kris Kowal的Q框架,和cujoJS的when.js,兩者都是Promises/A規范的實現
when.js實例
- var getData = function() {
- var deferred = when.defer();
- $.getJSON(api, function(data){
- deferred.resolve(data[0]);
- });
- return deferred.promise;
- }
- var getImg = function(src) {
- var deferred = when.defer();
- var img = new Image();
- img.onload = function() {
- deferred.resolve(img);
- };
- img.src = src;
- return deferred.promise;
- }
- var showImg = function(img) {
- $(img).appendTo($('#container'));
- }
- getData()
- .then(getImg)
- .then(showImg);
看***三行代碼,是不是一目了然,非常的語義化
- var deferred = when.defer();
定義了一個deferred對象。
- deferred.resolve(data);
在異步獲取數據完成時,把數據作為參數,調用deferred對象的resolve方法。
- return deferred.promise;
返回了deferred對象的Promises屬性。
此處留坑講之前用過的step.js
擴展閱讀
Javascript既是單線程又是異步的,請問這二者是否沖突,以及有什么區別?
Answer1:Javascript本身是單線程的,并沒有異步的特性。
由于 Javascript的運用場景是瀏覽器,瀏覽器本身是典型的 GUI 工作線程,GUI 工作線程在絕大多數系統中都實現為事件處理,避免阻塞交互,因此產生了 Javascript異步基因。此后種種都源于此。
Answer2: JS的單線程是指一個瀏覽器進程中只有一個JS的執行線程,同一時刻內只會有一段代碼在執行(你可以使用IE的標簽式瀏覽試試看效果,這時打開的多個頁面使用的都是同一個JS執行線程,如果其中一個頁面在執行一個運算量較大的function時,其他窗口的JS就會停止工作)。
而異步機制是瀏覽器的兩個或以上常駐線程共同完成的,例如異步請求是由兩個常駐線程:JS執行線程和事件觸發線程共同完成的,JS的執行線程發起異步請求(這時瀏覽器會開一條新的HTTP請求線程來執行請求,這時JS的任務已完成,繼續執行線程隊列中剩下的其他任務),然后在未來的某一時刻事件觸發線程監視到之前的發起的HTTP請求已完成,它就會把完成事件插入到JS執行隊列的尾部等待JS處理。又例如定時觸發(setTimeout和setinterval)是由瀏覽器的定時器線程執行的定時計數,然后在定時時間把定時處理函數的執行請求插入到JS執行隊列的尾端(所以用這兩個函數的時候,實際的執行時間是大于或等于指定時間的,不保證能準確定時的)。
所以,所謂的JS的單線程和異步更多的應該是屬于瀏覽器的行為,他們之間沒有沖突,更不是同一種事物,沒有什么區別不區別的。
setTimeout(fn,0)立即執行的問題
首先,不會立即執行,原因:
setTimeout(fn,0)的作用很簡單,就是為了把fn放到運行隊列的***去執行。也就是說,無論setTimeout(fn,0)寫在哪,都可以保證在隊列的***執行。js解析器會把setTimeout(fn,0)里的fn壓到隊列的***,因為它是異步操作。有個延時,具體是16ms還是4ms取決于瀏覽器
立即執行還是有可能的,只要在你調用setTimeout的時候,滿足下面兩個條件:
- 剛好執行到了當前這一輪事件循環的底部。
- 剛好此時事件隊列為空。
那么setTimeout的回調函數就可以立即執行。當然“立即執行”的意思是在任何其他代碼前執行。