Javascript 异步编程的4种方法
你可能知道,Javascript语言的执行环境是"单线程"(single thread)。
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。
这种模式的好处是实现起来比较简单,执行环境相对单纯;坏处是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"就是上一段的模式,后一个任务等待前一个任务结束,然后再执行,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。
本文总结了"异步模式"编程的4种方法,理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。
一、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。
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。
二、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。
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。
三、发布/订阅
上一节的"事件",完全可以理解成"信号"。
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,下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub,这是jQuery的一个插件。
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。
四、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。
五、参考链接
* Asynchronous JS: Callbacks, Listeners, Control Flow Libs and Promises
(完)
小铱 说:
特别推荐一下国产的continuation.js,可以将复杂的回调函数展平。
https://github.com/BYVoid/continuation
回调函数的方法,会遇到“回调金字塔”的问题,比如
而是用continuation.js就可以这样写
2012年12月21日 18:05 | # | 引用
hafeyang 说:
事件监听 和发布/订阅 内部实现,原理是一样的。发布/订阅其实也是事件。
2012年12月21日 21:09 | # | 引用
陈计节 说:
在 Node.js 的开发中,由于逻辑分层所致,会出现多层回调。易于引发异常处理混乱、闭包过于复杂、代码难以维护等问题。
没有了解过 continuation.js 项目,不过国内 Jeffery Zhao 的项目 Jscex 做了一项有意思的事,就是使用一定的技巧将异步后续步骤的蹩脚语法整理成常见方式。
项目开源地址:https://github.com/JeffreyZhao/jscex
2012年12月21日 22:40 | # | 引用
RedNax 说:
Jscex现在已经改名为windjs。continuation.js和那个有点相似,都是基于js解析编译的新语法。这种方法虽然很酷不过是在难以让人放心,想不起来还是promise和async.js这种平坦化方式更让人放心一点。
2012年12月22日 02:37 | # | 引用
lixiong 说:
你的配图并不十分准确. 配图里面是同步无并发执行和并发执行的区别. 在JavaScript中, 是无法进行并发执行的. 所有的例子中, 没有任何两个函数或者两段代码是同时执行的.
JavaScript可以通过快速的异步执行切换来模拟并发.
2012年12月22日 03:47 | # | 引用
RedNax 说:
2012年12月22日 09:16 | # | 引用
阮一峰 说:
@lixiong:
配图改过了,现在应该准确一点了。
2012年12月22日 11:58 | # | 引用
ifree 说:
第二种不一定比第三种好或者差,当订阅者到达一定数量时发布中心承受的压力是需要考虑的,全局消息充斥整个程序也见得很好
2012年12月22日 23:24 | # | 引用
小涛 说:
异步的实现就是用定时器函数改变代码的执行顺序吗?
2012年12月23日 21:32 | # | 引用
July 说:
是的,自定义事件和发布/订阅模式的实现代码一模一样,只不过换了个叫法而已,
《JavaScript程序员参考手册》中就有相关实现的代码。
2012年12月25日 11:03 | # | 引用
jlake 说:
这篇文章不错,浅显易懂。
实际上用任何语言进行异步处理都要面临相同的问题。原理才是重要的。
2012年12月25日 15:43 | # | 引用
电玩 说:
发布/订阅模式,还能携带参数和返回值。
var invokeMapping = {}, addInvokeListener = function addInvokeListener (opCode, func) {
(invokeMapping[opCode] = invokeMapping[opCode] || []).push(func);
}, invokeAndWait = function invokeAndWait (opCode, inParam, outParam) {
var listeners = invokeMapping[opCode];
if (listeners) {
listeners.forEach(function (func, index) {
func(inParam, outParam);
});
}
};
//使用方法:
addInvokeListener("hello", function (inParam, outParam) {
alert(inParam);
outParam.result = "success";
});
var ret = {};
invokeAndWait("hello", "hello world", ret);
alert(ret.result); // 输出success
我看作者给出的例子都比较简单,这里给出js监听模式的具体实现,仅供大家讨论。
执行结果是: