大前端进击之路|JavaScript异步编程

Posted 2021-03-30 前端学习栈

经典面试题

我们先来看一道经典的面试题，让我们的小脑袋瓜子思考起来

//请写出输出内容
async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}
async function async2() {
	console.log('async2');
}

console.log('script start');

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
}, 0)

async1();

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});
console.log('script end');
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答案！你答对了吗？没对的不要跑，睁大你的小眼睛仔细看以下的内容

/*
script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout
*/
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JS采用单线程模式工作的原因

为了回答这个问题我们首先需要知道JS的执行环境是单线程的，是因为JS语言最早是运行在浏览器端的语言，目的是为了实现页面上的动态交互。实现动态交互的核心就是DOM操作，因此决定了JS必须是单线程模式工作。我们来假设一下如果JS是多线程一起工作的，其中一个线程修改了一个DOM元素，另外的一个线程同时又要删除这个DOM元素，那么此时浏览器就懵逼了，无法明确以哪个工作线程为准。所以为了避免线程同步的问题，JS就被设计成了单线程的工作模式。

注意，我们这里说的单线程是JS的执行环境是单线程，浏览器中是多线程的。

单线程的优势和弊端

采用单线程的工作模式可以节省内存，节约上下文切换时间，没有锁的问题。但弊端也很明显，如果中间有一个任务需要花费大量的时间，那么后面的任务就需要等待这个任务完成后才能执行，就会出现假死的情况，对用户很不友好。为了解决这个问题JS给出了两种执行模式：同步模式（Synchronous）和异步模式（Asynchronous）。

同步模式和异步模式

同步模式

同步模式其实很好理解，举个栗子：

我们如果按照同步模式煮面的话，首先先将锅里装上水，打开火开始烧水，等待水烧开，再将面、鸡蛋、火腿肠等材料拿出，材料准备好后放入锅中进行煮，煮好后开始干饭。

在这里其实我们已经能够看出来问题，我们必须等到水烧开后才去准备要煮的材料。回到概念里就是在同步模式下我们的代码是依次执行，后一个任务必须等待前一个任务结束才能开始执行。程序执行的顺序和代码编写的顺序是完全一致的。在单线程模式下，大多数任务都是以同步模式执行。

异步模式

上个例子中我们在等待水烧开的过程中什么都没干，很浪费时间，我们可以在烧水的过程中将食材都准备好，等到水烧开后直接放入。

我们在烧水的过程中去干了别的事情，就属于异步模式，异步模式中不会等待异步任务的结束才开始执行下一个同步的任务，都是开启过后就立即执行下一个任务。

异步模式对于JS很重要，没有异步模式的话我们就无法同时处理大量的耗时任务，就会给用户带来卡顿和假死的体验。对于我们开发者来说，会给我们打开代码执行的顺序混乱的问题。

EventLoop事件循环和消息队列

• EventLoop是一种循环机制，主线程从消息队列中读取任务并按照顺序执行，这个过程是循环不间断的。

• 消息队列是存放异步任务的地方，当我们的同步任务都执行完毕后，EventLoop会从消息队列中依次取出异步任务放到调用栈中进行执行。

宏任务和微任务

• 宏任务可以理解为每次执行栈执行的代码就是一个宏任务

  浏览器为了让JS内部宏任务与DOM操作能够有序的执行，会在一个宏任务执行结束后，下一个宏任务执行开始前，对页面进行重新渲染。

  宏任务包括：script整体代码、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、MessageChannel等。

• 微任务可以理解为每个宏任务执行结束后立即执行的任务，发生在宏任务后，渲染之前，执行微任务。

  所以微任务的响应速度相比宏任务会更快，因为无需等待UI渲染

  微任务包括：Promise.then、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js环境下)等。

 

异步编程方案的本质—回调函数

回调函数：由调用者定制，交给执行者执行的函数。

我们通过 callback 回调函数、事件发布/订阅、Promise 等来组织代码，本质都是通过回调函数来实现异步代码的存放与执行。

// callback就是回调函数
// 就是把函数作为参数传递，缺点是不利于阅读，执行顺序混乱。
function foo(callback) {
    setTimeout(function(){
        callback()
    }, 3000)
}

foo(function() {
    console.log('这是回调函数')
    console.log('调用者定义这个函数，执行者执行这个函数')
    console.log('其实就是调用者告诉执行者异步任务结束后应该做什么')
})
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更优异步编程统一方案——Promise

Promise概述

Promise概念MDN传送门

关于Promise概念性内容就不在赘述了，可直接点击传送门前往MDN查看。简单来说如果我们是用传统的回调函数方式来完成复杂的异步流程，就会无法避免大量的回调函数嵌套，产生回调地狱的问题。为了避免回调地狱让我们开始愉快的Promise的学习时光吧！

// 我们想要执行完第一个再执行第二个再执行第三个
// 虽然我们使用同步的方式将异步的代码学出来了，但是这样的回调是不是让我们的小脑袋瓜子嗡嗡的？
setTimeout(() => {
    console.log('执行第一个');
    setTimeout(() => {
        console.log('执行第二个');
        setTimeout(() => {
            console.log('执行第三个');
            setTimeout(() => {
                console.log('执行第四个');
                setTimeout(() => {
                    console.log('执行第五个');
                }, 2000);
            }, 2000);
        }, 2000);
    }, 2000);
}, 2000);
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回调地狱图示，取自网络，侵即删。

Promise基本用法

// Promise 基本示例
// promise的英文意思是承诺
// 在JS中Promise是一个对象，接收一个函数作为参数
const promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // 这里用于“兑现”承诺
  // resolve(100) // 承诺达成
  reject(new Error('promise rejected')) // 承诺失败
})

promise.then(function (value) {
  // 即便没有异步操作，then 方法中传入的回调仍然会被放入队列，等待下一轮执行
  console.log('resolved', value)
}, function (error) {
  console.log('rejected', error)
})
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Promise案例

我们用Promise来封装一个AJax

function ajax (url) {
  return new Promise((resolve, rejects) => {
    // 创建一个XMLHttpRequest对象去发送一个请求
    const xhr = new XMLHttpRequest()
    // 先设置一下xhr对象的请求方式是GET，请求的地址就是参数传递的url
    xhr.open('GET', url)
    // 设置返回的类型是json，是html5的新特性
    // 我们在请求之后拿到的是json对象，而不是字符串
    xhr.responseType = 'json'
    // html5中提供的新事件,请求完成之后（readyState为4）才会执行
    xhr.onload = () => {
      if(this.status === 200) {
        // 请求成功将请求结果返回
        resolve(this.response)
      } else {
        // 请求失败，创建一个错误对象，返回错误文本
        rejects(new Error(this.statusText))
      }
    }
    // 开始执行异步请求
    xhr.send()
  })
}

ajax('/api/user.json').then((res) => {
  console.log(res)
}, (error) => {
  console.log(error)
})
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Promise的链式调用

误区

• 嵌套使用的方式是使用Promise最常见的误区。我们要使用promise的链式调用的方法尽可能保证异步任务的扁平化。

// 嵌套使用 Promise 是最常见的误区
ajax('/api/urls.json').then(function (urls) {
  ajax(urls.users).then(function (users) {
    ajax(urls.users).then(function (users) {
      ajax(urls.users).then(function (users) {
        ajax(urls.users).then(function (users) {
        })
      })
    })
  })
})
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链式调用的理解

• promise对象then方法，返回了全新的promise对象。可以再继续调用then方法，如果return的不是promise对象，而是一个值，那么这个值会作为resolve的值传递，如果没有值，默认是undefined

• 后面的then方法就是在为上一个then返回的Promise注册回调

• 前面then方法中回调函数的返回值会作为后面then方法回调的参数

• 如果回调中返回的是Promise，那后面then方法的回调会等待它的结束

Promise的异常处理

• then中回调的onRejected方法

• .catch()

ajax('/api/user.json')
  .then(function onFulfilled(res) {
    console.log('onFulfilled', res)
  })
  .catch(function onRejected(error) {
    console.log('onRejected', error)
  })
  
// 相当于
ajax('/api/user.json')
  .then(function onFulfilled(res) {
    console.log('onFulfilled', res)
  })
  .then(undefined, function onRejected(error) {
    console.log('onRejected', error)
  })
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简单来说.catch是给整个promise链条注册的一个失败回调，推荐使用。