详谈nodejs异步编程

目前需求中涉及到大量的异步操作，实际的页面越来越倾向于单页面应用。以后可以会使用backbone、angular、knockout等框架，但是关于异步编程的问题是首先需要面对的问题。随着node的兴起，异步编程成为一个非常热的话题。经过一段时间的学习和实践，对异步编程的一些细节进行总结。

1.异步编程的分类

     解决异步问题方法大致包括：直接回调、pub/sub模式(事件模式)、异步库控制库(例如async、when)、promise、Generator等。
1.1 回调函数

      回调函数是常用的解决异步的方法，经常接触和使用到，易于理解，并且在库或函数中非常容易实现。这种也是大家接使用异步编程经常使用到的方法。

      但是回调函数的方式存在如下的问题：

     1. 可能形成万恶的嵌套金字塔，代码不易阅读；

     2. 只能对应一个回调函数，在很多场景中成为一个限制。

1.2 pub/sub模式(事件)

     该模式也称为事件模式，是回调函数的事件化，在jQuery等类库中非常常见。

     事件发布订阅者模式本身并无同步与异步调用的问题，但是在node中，emit调用多半是伴随事件循环而异步触发的。该模式常用来解耦业务逻辑，事件发布者无须关注注册的回调函数，也不用关注回调函数的个数，数据通过消息的方式可以很灵活的传递。

     该模式的好处是：1. 便于理解；2. 不再局限于一个回调函数。

     不好的地方时：1. 需要借助类库； 2.事件与回调函数的顺序很重要

var img = document.querySelect(#id);

img.addEventListener('load', function() {
// 图片加载完成

    ......

});

img.addEventListener('error', function() {

// 出问题了

......

});

上述代码存在两个问题：

      a. img实际已经加载完成，此时才绑定load回调函数，结果回调不会执行，但依然希望执行该对应回调函数。

var img = document.querySelect(#id);

function load() {
...

}

if(img.complete) {

load();

} else {

img.addEventListener('load', load);

}

img.addEventListener('error', function() {

// 出问题了

......

});

b. 无法很好处理存在异常

      结论：事件机制最适合处理同一个对象上反复发生的事情，不需要考虑当绑定回调函数之前事件发生的情况。

1.3 异步控制库

      目前的异步库主要有Q、when.js、win.js、RSVP.js等。

      这些库的特点是代码是线性的，可以从上到下完成书写，符合自然习惯。

      不好的地方也是风格各异，不便于阅读，增加学习成本。

1.4 Promise

     Promise翻译成中文为承诺，个人理解是异步完成之后，就会给外部一个结果（成功或失败），并承诺结果不再发生改变。换句话就是Promise反应了一个操作的最终返回结果值(A promise represents the eventual value returned from the single completion of an operation)。目前Promise已经引入到ES6规范里面，Chrome、firefox等高级浏览器已经在内部实现了该原生方法，使用起来相当方便。

     下面从如下几个方面来解析Promise的特点：

    1.4.1 状态

     包含三种状态：pending、fulfilled、rejected，三种状态只能发生两种转换(从pending--->fulfilled、pending—>rejected)，并且状态的转换仅能发生一次。

    1.4.2 then方法

    then方法用于指定异步事件完成之后的回调函数。

   这个方法可以说是Promise的灵魂方法，该方法让Promise充满了魔力。有如下几个具体表现：

    a） then方法返回Promise。这样就实现了多个异步操作的串行操作。

     关于上图中黄圈1的对value的处理是Promise里面较为复杂的一个地方，value的处理分为两种情况：Promise对象、非Promise对象。

     当value 不是Promise类型时，直接将value作为第二个Promise的resolve的参数值即可；当为Promise类型时，promise2的状态、参数完全由value决定，可以认为promsie2完全是value的傀儡，promise2仅仅是连接不同异步的桥梁。

Promise.prototype.then = function(onFulfilled, onRejected) {

    return new Promise(function(resolve, reject) {           //此处的Promise标注为promise2

        handle({

            onFulfilled: onFulfilled,

            onRejected: onRejected,

            resolve: resolve,

            reject: reject

        })

    });

}

function handle(deferred) {

    var handleFn;

    if(state === 'fulfilled') {

        handleFn = deferred.onFulfilled;

    } else if(state === 'rejected') {

        handleFn = deferred.onRejected;

    }

    var ret = handleFn(value);

    deferred.resolve(ret);                           //注意，此时的resolve是promise2的resolve

}

function  resolve(val) {

    if(val && typeof val.then === 'function') {

        val.then(resolve);                           // if val为promise对象或类promise对象时，promise2的状态完全由val决定

        return;

    }

    if(callback) {                                    // callback为指定的回调函数

        callback(val);

    }

}

b）实现了多个不同异步库之间的转换。

    在异步中存在一个叫thenable的对象，就是指具有then方法的对象，只要一个对象对象具有then方法，就可以对其进行转换，例如：

var deferred = $('aa.ajax');      // !!deferred.then  === true

var P = Promise.resolve(deferred);

p.then(......)

1.4.3 commonJS Promise/A规范

      目前关于Promise的规范存在Promise/A和Promise/A+规范，这说明关于Promise的实现是挺复杂的。

then(fulfilledHandler, rejectedHandler, progressHandler)

1.4.4 注意事项

     一个Promise里面的回调函数是共享value的，在结果处理中value作为参数传递给相应的回调函数，如果value是对象，那就要小心不要轻易修改value的值。

var p = Promise.resolve({x: 1});

p.then(function(val) {

    console.log('first callback: ' + val.x++);

});

p.then(function(val) {

    console.log('second callback: ' + val.x)

})

// first callback: 1

// second callback: 2

1.5 Generator

      上面所有的方法均是基于回调函数来完成异步操作的，无非是对回调函数进行封装而已。ES6里面提出了Generator，增加了解决异步操作的途径，不再依据回调函数来完成。

      Generator最大的特点就是可以实现函数的暂停、重启，这个特性非常有利于解决异步操作。将Generator的暂停与promise的异常处理结合起来，可以比较优雅地解决异步编程问题。具体实现参考：Kyle Simpson

2. 异步编程存在的问题

      2.1 异常处理

        a) 异步事件包括两个环节：发出异步请求、结果处理，这两个环节通过event loop来连接起来。那么try catch来进行异常捕获的时候就需要分来捕获。

try {

    asyncEvent(callback); 

} catch(err) {

    ......

}

     上述代码是无法捕获callback里面的异常，只能获取发出请求环节的异常。这样就存在问题：假如请求的发出和请求的处理是两个人完成的，那么在异常处理的时候就存在问题？

        b）promise实现异常的传递，这带来一些好处，在实际项目中保证代码不被阻塞。但是如果异步事件比较多的时候，不容易找出到底是那个异步事件产生了异常。

// 场景描述： 在CRM里面展示价格的报警信息，其中包含竞对的信息。但是获取竞对的信息时间比较长，后端为了避免慢查询，就把一条记录拆成两块分别获取。

// 第一步：获取价格报警信息，除了竞对信息

function getPriceAlarmData() {

    return new Promise(function(resolve) {

        Y.io(url, {

            method: 'get',

            data: params,

            on: function() {

                success: function(id, data) {

                    resolve(alarmData);

                }

            }

        });

    });

}

// 得到报警信息后，在去获取竞对信息

getPriceAlarmData().then(function(data) {

    // 数据渲染，除了竞对信息

    render(data);

    return new Promise(function(resolve) {

        Y.io(url, {

            method: 'get',

            data: {alarmList: data},

            on: function() {

                success: function(id, compData) {

                    resolve(compData);

                }

            }

        });

    });

})      //  获取完所有数据后进行竞对信息的渲染

.then(function(data) {

    // 渲染竞对信息

    render(data)

}, function(err) {

    // 异常处理

    console.log(err);

});

      可以把上述代码转换成如下：

try{

    // 获取除竞对以外的报警信息

    var alarmData = alarmDataExceptCompare();

    render(alarmData);

    // 根据报警信息查询竞对信息

    var compareData = getCompareInfo(alarmData);

    render(compareData);

} catche(err) {

    console.log(err.message);

}

在上述例子中把异常处理放到最后进行处理，这样当其中存在某个环节出现异常，我们无法准确知道到底是哪个事件产生的。     

2.2 jQuery.Deferred 的问题

     jQuery中也实现了异步操作，但是在实现上不符合promise/A+规范，主要表现在以下几个方面：

    a. 参数的个数：标准的Promise只能接受一个参数，而jQuery中则可以传递多个参数

function asyncInJQuery() {

    var d = new $.Deferred();

    setTimeout(function() {

        d.resolve(1, 2);

    }, 100);

    return d.promise()

}

asyncInJQuery().then(function(val1, val2) {

    console.log('output: ', val1, val2);

});

// output: 1 2

 b. 结果处理中异常的处理  

function asyncInPromise() {

      return new Promise(function(resolve) {

        setTimeout(function() {

          var jsonStr = '{"name": "mt}';

          resolve(jsonStr);

        }, 100);

      });

  }

  asyncInPromise().then(function(val) {

      var d = JSON.parse(val);

      console.log(d.name);

  }).then(null, function(err) {

    console.log('show error: ' + err.message);

  });

// show error: Unexpected end of input

function asyncInJQuery() {

    var d = new $.Deferred();

    setTimeout(function() {

        var jsonStr = '{"name": "mt}';

        d.resolve(jsonStr);

    }, 100);

    return d.promise()

}

asyncInJQuery().then(function(val) {

    var d = JSON.parse(val);

    console.log(d.name);

}).then(function(v) {

    console.log('success: ', v.name);

}, function(err){

    console.log('show error: ' + err.message);

});

//Uncaught SyntaxError: Unexpected end of input

     从中可以看出，Promise对回调函数进行了结果处理，可以捕获回调函数执行过程中的异常，而jQuery.Deferred却不可以。