异步JavaScript与Promise


异步?

我在很多地方都看到过异步(Asynchronous)这个词,但在我还不是很理解这个概念的时候,却发现自己常常会被当做“已经很清楚”(* ̄ロ ̄)。

如果你也有类似的情况,没关系,搜索一下这个词,就可以得到大致的说明。在这里,我会对JavaScript的异步做一点额外解释。

看一下这段代码:

var start = new Date();
setTimeout(function(){
    var end = new Date();
    console.log("Time elapsed: ", end - start, "ms");
}, 500);
while (new Date - start < 1000) {};

这段代码运行后会得到类似Time elapsed: 1013ms这样的结果。 setTimeout()所设定的在未来500ms时执行的函数,实际等了比1000ms更多的时间后才执行。

要如何解释呢?调用setTimeout()时,一个延时事件被排入队列。然后,继续执行这之后的代码,以及更后边的代码,直到没有任何代码。没有任何代码后,JavaScript线程进入空闲,此时JavaScript执行引擎才去翻看队列,在队列中找到“应该触发”的事件,然后调用这个事件的处理器(函数)。处理器执行完成后,又再返回到队列,然后查看下一个事件。

单线程的JavaScript,就是这样通过队列,以事件循环的形式工作的。所以,前面的代码中,是用while将执行引擎拖在代码运行期间长达1000ms,而在全部代码运行完回到队列前,任何事件都不会触发。这就是JavaScript的异步机制。

JavaScript的异步难题

JavaScript中的异步操作可能不总是简单易行的。

Ajax也许是我们用得最多的异步操作。以jQuery为例,发起一个Ajax请求的代码一般是这样的:

// Ajax请求示意代码
$.ajax({
    url: url,
    data: dataObject,
    success: function(){},
    error: function(){}
});

这样的写法有什么问题吗?简单来说,不够轻便。为什么一定要在发起请求的地方,就要把successerror这些回调给写好呢?假如我的回调要做很多很多的事情,是要我想起一件事情就跑回这里添加代码吗?

再比如,我们要完成这样一件事:有4个供Ajax访问的url地址,需要先Ajax访问第1个,在第1个访问完成后,用拿到的返回数据作为参数再访问第2个,第2个访问完成后再第3个…以此到4个全部访问完成。按照这样的写法,似乎会变成这样:

$.ajax({
    url: url1,
    success: function(data){
        $.ajax({
            url: url2,
            data: data,
            success: function(data){
                $.ajax({
                    //...
                });
            }    
        });
    }
})

你一定会觉得这种称为Pyramid of Doom(金字塔厄运)的代码看起来很糟糕。习惯了直接附加回调的写法,就可能会对这种一个传递到下一个的异步事件感到无从入手。为这些回调函数分别命名并分离存放可以在形式上减少嵌套,使代码清晰,但仍然不能解决问题。

另一个常见的难点是,同时发送两个Ajax请求,然后要在两个请求都成功返回后再做一件接下来的事,想一想如果只按前面的方式在各自的调用位置去附加回调,这是不是好像也有点难办?

适于应对这些异步操作,可以让你写出更优雅代码的就是Promise。

Promise上场

Promise是什么呢?先继续以前面jQuery的Ajax请求示意代码为例,那段代码其实可以写成这个样子:

var promise = $.ajax({
    url: url,
    data: dataObject
});
promise.done(function(){});
promise.fail(function(){});

这和前面的Ajax请求示意代码是等效的。可以看到,Promise的加入使得代码形式发生了变化。Ajax请求就好像变量赋值一样,被“保存”了起来。这就是封装,封装将真正意义上让异步事件变得容易起来。

封装是有用的

Promise对象就像是一个封装好的对异步事件的引用。想要在这个异步事件完成后做点事情?给它附加回调就可以了,不管附加多少个也没问题!

jQuery的Ajax方法会返回一个Promise对象(这是jQuery1.5重点增加的特性)。如果我有do1()do2()两个函数要在异步事件成功完成后执行,只需要这样做:

promise.done(do1);
// Other code here.
promise.done(do2);

这样可要自由多了,我只要保存这个Promise对象,就在写代码的任何时候,给它附加任意数量的回调,而不用管这个异步事件是在哪里发起的。这就是Promise的优势。

正式的介绍

Promise应对异步操作是如此有用,以至于发展为了CommonJS的一个规范,叫做Promises/A。Promise代表的是某一操作结束后的返回值,它有3种状态:

  • 肯定(fulfilled或resolved),表明该Promise的操作成功了。
  • 否定(rejected或failed),表明该Promise的操作失败了。
  • 等待(pending),还没有得到肯定或者否定的结果,进行中。

此外,还有1种名义上的状态用来表示Promise的操作已经成功或失败,也就是肯定和否定状态的集合,叫做结束(settled)。Promise还具有以下重要的特性:

  • 一个Promise只能从等待状态转变为肯定或否定状态一次,一旦转变为肯定或否定状态,就再也不会改变状态。
  • 如果在一个Promise结束(成功或失败,同前面的说明)后,添加针对成功或失败的回调,则回调函数会立即执行。

想想Ajax操作,发起一个请求后,等待着,然后成功收到返回或出现错误(失败)。这是否和Promise相当一致?

进一步解释Promise的特性还有一个很好的例子:jQuery的$(document).ready(onReady)。其中onReady回调函数会在DOM就绪后执行,但有趣的是,如果在执行到这句代码之前,DOM就已经就绪了,那么onReady会立即执行,没有任何延迟(也就是说,是同步的)。

Promise示例

生成Promise

Promises/A里列出了一系列实现了Promise的JavaScript库,jQuery也在其中。下面是用jQuery生成Promise的代码:

var deferred = $.Deferred();
deferred.done(function(message){console.log("Done: " + message)});
deferred.resolve("morin");  // Done: morin

jQuery自己特意定义了名为Deferred的类,它实际上就是Promise。$.Deferred()方法会返回一个新生成的Promise实例。一方面,使用deferred.done()deferred.fail()等为它附加回调,另一方面,调用deferred.resolve()deferred.reject()来肯定或否定这个Promise,且可以向回调传递任意数据。

合并Promise

还记得我前文说的同时发送2个Ajax请求的难题吗?继续以jQuery为例,Promise将可以这样解决它:

var promise1 = $.ajax(url1),
promise2 = $.ajax(url2),
promiseCombined = $.when(promise1, promise2);
promiseCombined.done(onDone);

$.when()方法可以合并多个Promise得到一个新的Promise,相当于在原多个Promise之间建立了AND(逻辑与)的关系,如果所有组成Promise都已成功,则令合并后的Promise也成功,如果有任意一个组成Promise失败,则立即令合并后的Promise失败。

级联Promise

再继续我前文的依次执行一系列异步任务的问题。它将用到Promise最为重要的.then()方法(在Promises/A规范中,也是用“有then()方法的对象”来定义Promise的)。代码如下:

var promise = $.ajax(url1);
promise = promise.then(function(data){
    return $.ajax(url2, data);
});
promise = promise.then(function(data){
    return $.ajax(url3, data);
});
// ...

Promise的.then()方法的完整形式是.then(onDone, onFail, onProgress),这样看上去,它像是一个一次性就可以把各种回调都附加上去的简便方法(.done().fail()可以不用了)。没错,你的确可以这样使用,这是等效的。

.then()方法还有它更为有用的功能。如同then这个单词本身的意义那样,它用来清晰地指明异步事件的前后关系:“先这个,然后(then)再那个”。这称为Promise的级联。

要级联Promise,需要注意的是,在传递给then()的回调函数中,一定要返回你想要的代表下一步任务的Promise(如上面代码的$.ajax(url2, data))。这样,前面被赋值的那个变量才会变成新的Promise。而如果then()的回调函数返回的不是Promise,则then()方法会返回最初的那个Promise。

应该会觉得有些难理解?从代码执行的角度上说,上面这段带有多个then()的代码其实还是被JavaScript引擎运行一遍就结束。但它就像是写好的舞台剧的剧本一样,读过一遍后,JavaScript引擎就会在未来的时刻,依次安排演员按照剧本来演出,而演出都是异步的。then()方法就是让你能写出异步剧本的笔。

将Promise用在基于回调函数的API

前文反复用到的$.ajax()方法会返回一个Promise对象,这其实只是jQuery特意提供的福利。实际情况是,大多数JavaScript API,包括Node.js中的原生函数,都基于回调函数,而不是基于Promise。这种情况下使用Promise会需要自行做一些加工。

这个加工其实比较简单和直接,下面是例子:

var deferred = $.Deferred();
setTimeout(deferred.resolve, 1000);
deferred.done(onDone);

这样,将Promise的肯定或否定的触发器,作为API的回调传入,就变成了Promise的处理模式了。

Promise是怎么实现出来的?

本文写Promise写到这里,你发现了全都是基于已有的实现了Promise的库。那么,如果要自行构筑一个Promise的话呢?

位列于Promises/A的库列表第一位的Q可以算是最符合Promises/A规范且相当直观的实现。如果你想了解如何做出一个Promise,可以参考Q提供的设计模式解析

限于篇幅,本文只介绍Promise的应用。我会在以后单独开一篇文章来详述Promise的实现细节。

作为JavaScript后续版本的ECMAScript 6将原生提供Promise,如果你想知道它的用法,推荐阅读JavaScript Promises: There and back again

结语

Promise这个词顽强到不适合翻译,一眼之下都会觉得意义不明。不过,在JavaScript里做比较复杂的异步任务时,它的确可以提供相当多的帮助。

(重新编辑自我的博客,原文地址:http://acgtofe.com/posts/2015/01/async-and-promise/


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