Node.js异步编程进化论

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Node.js异步编程进化论

Original 霍语佳前端食堂 2021-01-15

这是前端食堂的第12篇原创

本文使用「署名 4.0 国际 (CC BY 4.0)」许可协议，欢迎转载、或重新修改使用，但需注明来源。

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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END

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