编程 Javascript

浅谈Node.js之异步流控制

Posted in Javascript onOctober 25, 2017

前言

在没有深度使用函数回调的经验的时候，去看这些内容还是有一点吃力的。由于Node.js独特的异步特性，才出现了“回调地狱”的问题，这篇文章中，我比较详细的记录了如何解决异步流问题。

文章会很长，而且这篇是对异步流模式的解释。文中会使用一个简单的网络蜘蛛的例子，它的作用是抓取指定URL的网页内容并保存在项目中，在文章的最后，可以找到整篇文章中的源码demo。

1.原生JavaScript模式

本篇不针对初学者，因此会省略掉大部分的基础内容的讲解：

(spider_v1.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function spider(url, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);
  console.log(`filename: ${filename}`);

  fs.exists(filename, exists => {
    if (!exists) {
      console.log(`Downloading ${url}`);

      request(url, (err, response, body) => {
        if (err) {
          callback(err);
        } else {
          mkdirp(path.dirname(filename), err => {
            if (err) {
              callback(err);
            } else {
              fs.writeFile(filename, body, err => {
                if (err) {
                  callback(err);
                } else {
                  callback(null, filename, true);
                }
              });
            }
          });
        }
      });
    } else {
      callback(null, filename, false);
    }
  });
}

spider(process.argv[2], (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上边的代码的流程大概是这样的：

把url转换成filename
判断该文件名是否存在，若存在直接返回，否则进入下一步
发请求，获取body
把body写入到文件中

这是一个非常简单版本的蜘蛛，他只能抓取一个url的内容，看到上边的回调多么令人头疼。那么我们开始进行优化。

首先，if else 这种方式可以进行优化，这个很简单，不用多说，放一个对比效果：

/// before
if (err) {
  callback(err);
} else {
  callback(null, filename, true);
}

/// after
if (err) {
  return callback(err);
}
callback(null, filename, true);

代码这么写，嵌套就会少一层，但经验丰富的程序员会认为，这样写过重强调了error，我们编程的重点应该放在处理正确的数据上，在可读性上也存在这样的要求。

另一个优化是函数拆分，上边代码中的spider函数中，可以把下载文件和保存文件拆分出去。

(spider_v2.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

function spider(url, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);
  console.log(`filename: ${filename}`);

  fs.exists(filename, exists => {
    if (exists) {
      return callback(null, filename, false);
    }
    download(url, filename, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      callback(null, filename, true);
    })
  });
}

spider(process.argv[2], (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上边的代码基本上是采用原生优化后的结果，但这个蜘蛛的功能太过简单，我们现在需要抓取某个网页中的所有url，这样才会引申出串行和并行的问题。

(spider_v3.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  function iterate(index) {
    if (index === links.length) {
      return callback();
    }
    spider(links[index], nesting - 1, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      iterate((index + 1));
    })
  }

  iterate(0);
}

function spider(url, nesting, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上边的代码相比之前的代码多了两个核心功能，首先是通过辅助类获取到了某个body中的links：

const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

内部实现就不解释了，另一个核心代码就是：

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  function iterate(index) {
    if (index === links.length) {
      return callback();
    }
    spider(links[index], nesting - 1, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      iterate((index + 1));
    })
  }

  iterate(0);
}

可以说上边这一小段代码，就是采用原生实现异步串行的pattern了。除了这些之外，还引入了nesting的概念，通过这是这个属性，可以控制抓取层次。

到这里我们就完整的实现了串行的功能，考虑到性能，我们要开发并行抓取的功能。

(spider_v4.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  function done(err) {
    if (err) {
      hasErrors = true;
      return callback(err);
    }

    if (++completed === links.length && !hasErrors) {
      return callback();
    }
  }

  links.forEach(link => {
    spider(link, nesting - 1, done);
  });
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  /// In this pattern, there will be some issues.
  /// Possible problems to download the same url again and again。
  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

这段代码同样很简单，也有两个核心内容。一个是如何实现并发：

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  function done(err) {
    if (err) {
      hasErrors = true;
      return callback(err);
    }

    if (++completed === links.length && !hasErrors) {
      return callback();
    }
  }

  links.forEach(link => {
    spider(link, nesting - 1, done);
  });
}

上边的代码可以说是实现并发的一个pattern。利用循环遍历来实现。另一个核心是，既然是并发的，那么利用 fs.exists 就会存在问题，可能会重复下载同一文件，这里的解决方案是：

使用Map缓存某一url，url应该作为key

现在我们又有了新的需求，要求限制同时并发的最大数，那么在这里就引进了一个我认为最重要的概念：队列。

(task-Queue.js)

class TaskQueue {
  constructor(concurrency) {
    this.concurrency = concurrency;
    this.running = 0;
    this.queue = [];
  }

  pushTask(task) {
    this.queue.push(task);
    this.next();
  }

  next() {
    while (this.running < this.concurrency && this.queue.length) {
      const task = this.queue.shift();
      task(() => {
        this.running--;
        this.next();
      });
      this.running++;
    }
  }
}

module.exports = TaskQueue;

上边的代码就是队列的实现代码，核心是 next() 方法，可以看出，当task加入队列中后，会立刻执行，这不是说这个任务一定马上执行，而是指的是next会立刻调用。

(spider_v5.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");
const TaskQueue = require("./task-Queue");
const downloadQueue = new TaskQueue(2);

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  links.forEach(link => {
    /// 给队列出传递一个任务，这个任务首先是一个函数，其次该函数接受一个参数
    /// 当调用任务时，触发该函数，然后给函数传递一个参数，告诉该函数在任务结束时干什么
    downloadQueue.pushTask(done => {
      spider(link, nesting - 1, err => {
        /// 这里表示，只要发生错误，队列就会退出
        if (err) {
          hasErrors = true;
          return callback(err);
        }
        if (++completed === links.length && !hasErrors) {
          callback();
        }

        done();
      });
    });

  });
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  /// In this pattern, there will be some issues.
  /// Possible problems to download the same url again and again。
  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(`error: ${err}`);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

因此，为了限制并发的个数，只需在 spiderLinks 方法中，把task遍历放入队列就可以了。这相对来说很简单。

到这里为止，我们使用原生JavaScript实现了一个有相对完整功能的网络蜘蛛，既能串行，也能并发，还可以控制并发个数。

2.使用async库

把不同的功能放到不同的函数中，会给我们带来巨大的好处，async库十分流行，它的性能也不错，它内部基于callback。

(spider_v6.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");
const series = require("async/series");
const eachSeries = require("async/eachSeries");

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  let body;

  series([
    callback => {
      request(url, (err, response, resBody) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        body = resBody;
        callback();
      });
    },
    mkdirp.bind(null, path.dirname(filename)),
    callback => {
      fs.writeFile(filename, body, callback);
    }
  ], err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
    callback(null, body);
  });
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  eachSeries(links, (link, cb) => {
    "use strict";
    spider(link, nesting - 1, cb);
  }, callback);
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 1, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

在上边的代码中，我们只使用了async的三个功能：

const series = require("async/series"); // 串行
const eachSeries = require("async/eachSeries"); // 并行
const queue = require("async/queue"); // 队列

由于比较简单，就不做解释了。async中的队列的代码在(spider_v7.js)中，和上边我们自定义的队列很相似，也不做更多解释了。

3.Promise

Promise是一个协议，有很多库实现了这个协议，我们用的是ES6的实现。简单来说promise就是一个约定，如果完成了，就调用它的resolve方法，失败了就调用它的reject方法。它内有实现了then方法，then返回promise本身，这样就形成了调用链。

其实Promise的内容有很多，在实际应用中是如何把普通的函数promise化。这方面的内容在这里也不讲了，我自己也不够格

(spider_v8.js)

const utilities = require("./utilities");
const request = utilities.promisify(require("request"));
const fs = require("fs");
const readFile = utilities.promisify(fs.readFile);
const writeFile = utilities.promisify(fs.writeFile);
const mkdirp = utilities.promisify(require("mkdirp"));
const path = require("path");


function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  let body;

  return request(url)
    .then(response => {
      "use strict";
      body = response.body;
      return mkdirp(path.dirname(filename));
    })
    .then(() => writeFile(filename, body))
    .then(() => {
      "use strict";
      console.log(`Downloaded adn saved: ${url}`);
      return body;
    });
}

/// promise编程的本质就是为了解决在函数中设置回调函数的问题
/// 通过中间层promise来实现异步函数同步化
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting) {
  let promise = Promise.resolve();
  if (nesting === 0) {
    return promise;
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  links.forEach(link => {
    "use strict";
    promise = promise.then(() => spider(link, nesting - 1));
  });

  return promise;
}

function spider(url, nesting) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  return readFile(filename, "utf8")
    .then(
      body => spiderLinks(url, body, nesting),
      err => {
        "use strict";
        if (err.code !== 'ENOENT') {
          /// 抛出错误，这个方便与在整个异步链的最后通过呢catch来捕获这个链中的错误
          throw err;
        }
        return download(url, filename)
          .then(body => spiderLinks(url, body, nesting));
      }
    );
}

spider(process.argv[2], 1)
  .then(() => {
    "use strict";
    console.log('Download complete');
  })
  .catch(err => {
    "use strict";
    console.log(err);
  });

可以看到上边的代码中的函数都是没有callback的，只需要在最后catch就可以了。

在设计api的时候，应该支持两种方式，及支持callback，又支持promise

function asyncDivision(dividend, divisor, cb) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    "use strict";
    process.nextTick(() => {
      const result = dividend / divisor;
      if (isNaN(result) || !Number.isFinite(result)) {
        const error = new Error("Invalid operands");
        if (cb) {
          cb(error);
        }
        return reject(error);
      }

      if (cb) {
        cb(null, result);
      }
      resolve(result);
    });
  });
}

asyncDivision(10, 2, (err, result) => {
  "use strict";
  if (err) {
    return console.log(err);
  }
  console.log(result);
});

asyncDivision(22, 11)
  .then((result) => console.log(result))
  .catch((err) => console.log(err));

4.Generator

Generator很有意思，他可以让暂停函数和恢复函数，利用thunkify和co这两个库，我们下边的代码实现起来非常酷。

(spider_v9.js)

const thunkify = require("thunkify");
const co = require("co");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

const request = thunkify(require("request"));
const fs = require("fs");
const mkdirp = thunkify(require("mkdirp"));
const readFile = thunkify(fs.readFile);
const writeFile = thunkify(fs.writeFile);
const nextTick = thunkify(process.nextTick);

function* download(url, filename) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  const response = yield request(url);
  console.log(response);

  const body = response[1];
  yield mkdirp(path.dirname(filename));

  yield writeFile(filename, body);

  console.log(`Downloaded and saved ${url}`);
  return body;
}

function* spider(url, nesting) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  let body;

  try {
    body = yield readFile(filename, "utf8");
  } catch (err) {
    if (err.code !== 'ENOENT') {
      throw err;
    }
    body = yield download(url, filename);
  }

  yield spiderLinks(url, body, nesting);
}

function* spiderLinks(currentUrl, body, nesting) {
  if (nesting === 0) {
    return nextTick();
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  for (let i = 0; i < links.length; i++) {
    yield spider(links[i], nesting - 1);
  }
}

/// 通过co就自动处理了回调函数，直接返回了回调函数中的参数，把这些参数放到一个数组中，但是去掉了err信息
co(function* () {
  try {
    yield spider(process.argv[2], 1);
    console.log('Download complete');
  } catch (err) {
    console.log(err);
  }
});

总结

我并没有写promise和generator并发的代码。以上这些内容来自于这本书nodejs-design-patterns 。

demo下载

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持三水点靠木。

浅谈Node.js之异步流控制

- Author -

马在路上

声明：登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述。

Javascript 相关文章推荐

高亮显示web页表格行的javascript代码

Nov 19 Javascript

异步加载script的代码

Jan 12 Javascript

浅析Js(Jquery)中,字符串与JSON格式互相转换的示例(直接运行实例)

Jul 09 Javascript

自己用jQuery写了一个图片的马赛克消失效果

May 04 Javascript

Bootstrap中文本框的宽度变窄并且加入一副验证码图片的实现方法

Jun 23 Javascript

JavaScript实现时钟滴答声效果

Jan 29 Javascript

JS使用cookie实现只出现一次的广告代码效果

Apr 22 Javascript

Bootstrap 模态框多次显示后台提交多次BUG的解决方法

Dec 26 Javascript

JavaScript 继承封装多态实现及原理详解

Jul 29 Javascript

Vue代码整洁之去重方法整理

Aug 06 Javascript

js实现图片实时时钟

Jan 15 Javascript

Node Mongoose用法详解【Mongoose使用、Schema、对象、model文档等】

May 13 Javascript

AngularJS 实现购物车全选反选功能

Oct 24 #Javascript

React Native时间转换格式工具类分享

Oct 24 #Javascript

vue+vuecli+webpack中使用mockjs模拟后端数据的示例

Oct 24 #Javascript

React Native AsyncStorage本地存储工具类

Oct 24 #Javascript

React Native验证码倒计时工具类分享

Oct 24 #Javascript

详解vue + vuex + directives实现权限按钮的思路

Oct 24 #Javascript

React Native实现地址挑选器功能

Oct 24 #Javascript