前端的异步解决方案之 Promise 和 Await/Async

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2016-11-05
原文链接:scq000.github.io

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:

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

如图所示:

promises

promise

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github.com/then/promis…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。而处理多线程并发的机制就是利用setTimeout(fn,0)这个技巧。

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fulfilledrejected,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donetrue的时候,就表明这个迭代过程结束了。需要注意的是这个next方法其实传入参数,这个参数表示上一个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generatornext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 WorkersFetchStreamsLoader 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?

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