Javascript異步編程之一異步原理

本系列的例子主要針對node.js環境，但瀏覽器端的原理應該也是相似的。

本人也是Javascript新手，把本身這段時間學習積累的要點總結下來，但願能夠對一樣在學習Javascript/node.js的同窗有一些參考價值。儘可能用通俗的語言幫助你們理解，若是有描述或理解不許確的地方歡迎你們指正，交流。另外本文假定你已經對javascript的語法和異步有一些基本的概念。

 

本系列會按通常學習異步編程的順序，首先介紹一下異步的原理，而後介紹各類異步編程的方法，從回調函數開始，而後慢慢進入Promise和Generator等對異步編程體驗進行改進的技術。期間也會大概提一下事件監聽方式的異步調用，可是由於太多的事件監聽會讓程序流程變的不清晰，因此不太推薦（其實事件模式本質上也是回調函數）。Promise和Generator纔是到目前爲止(ES6)，最好的異步編程方式。後面也會分享一下本身所理解的這兩種方式的對比（網上也有不少爭論）。ES7提出了更好的改進方案，但願很快能夠抽出時間研究一下，這是後話:)

 

好，進入本節的正文。

 

什麼是異步？同步異步與阻塞非阻塞有什麼關係？

 

node.js的「一切皆異步」的思想頗有創意，目的是可讓開發者輕鬆編寫高性能的web服務端，而不會「不當心」就用同步api阻塞了服務器從而影響性能。其餘的語言好比php, python, java等基於同步的語言，雖然也有異步api，但畢竟編程人員的「思想上是同步的」，有時候不可避免的會寫出阻塞的代碼，node.js的目標是造就「思想上是徹底異步」的編程人員和編程語言:)

 

異步跟同步最大的不一樣就是異步api或函數被「調用」後不會等它運行結束再執行它後面的代碼，而是調用以後直接往下執行，異步函數的「執行」其實是放在「其餘地方」，待「執行」完成後再把結果經過回調函數來進行進一步的使用或處理（因此異步函數書寫的時候不要用"return"來返回值哦，必須經過回調函數來返回值）。這裏爲何強調「調用」和「執行」兩個詞呢？就是爲了更好的理解異步的過程。

 

打個比喻，你的領導要作個電子報表，笨領導的作法是，在本身電腦上把該統計的統計了，該算的算了，最後生成一張報表，而後用這個報表作接下去的工做；聰明的領導，會發個郵件給下屬，把報表的要求寫清楚，下屬在本身的電腦上把報表作完後，發個郵件把報表交回給領導。在下屬作報表的時候，領導能夠在本身電腦上繼續作其餘事情，好比玩遊戲、看視頻等等（你懂的）。

 

在上面這個例子中，領導是編程者（你），領導的電腦是當前線程，下屬的電腦是另外一個線程（若是有多個下屬就至關於有個線程池）。作報表這件工做是個異步函數，發郵件給下屬至關於調用這個函數，下屬電腦上作報表至關於在另外一個線程異步執行這個函數，執行完了發郵件把報表發回給領導至關於調用回調函數，領導就可使用這個報表接着作下面的工做（至關於回掉函數裏面的代碼）。下屬作報表的時候領導徹底不用管而是能夠繼續幹其餘事情。

 

經過這個例子能夠清楚的看到，領導只能在他本身的電腦（用戶線程）上工做，異步的函數都是在下屬的電腦上（異步線程）作的。這一點在不少文章當中並無講的很清楚，因此容易形成困擾，由於不少人只是一味的強調javascript是單線程的，但單線程怎麼能實現異步呢？就並無講清楚。其實所謂的單線程是指用戶線程是單線程，而另外還有一個或多個線程處理異步代碼的執行。

 

接下來再說說阻塞的問題。不少文章裏面在講解的時候同步異步阻塞非阻塞混爲一團，新手很難理解，最容易產生的誤解就是同步=阻塞，異步=非阻塞。其實阻塞非阻塞跟同步異步沒有任何關係。簡單講，阻塞就是一個api或者函數運行時間過長，而獨佔cpu致使其餘代碼不能運行，那麼多長時間算阻塞呢？相信這只是一個相對的概念，只要明顯影響到程序的性能和用戶體驗，就算阻塞吧。那跟同步異步是什麼關係呢？阻塞的代碼若是同步執行就會阻塞到本身後面代碼的運行，因此天然而然的就想到異步來執行阻塞的代碼，然而異步真能解決阻塞問題嗎？下面繼續講。

 

node.js裏面的異步

 

你們知道Javascript的基本語法跟其餘編程語言大同小異，最大的不一樣就是把異步擺在首位，特別是node.js更是大部分api都是異步的，小量同步api。這與其餘大部分語言恰好相反，也給習慣於同步編程思惟的同窗形成了很大的困擾，就是常說的轉不過彎來，習慣性的認爲代碼是按順序一行一行的往下執行。

 

上面介紹了異步非阻塞的概念，那麼具體到node.js是怎麼實現的呢？這裏又會涉及到I/O的概念，具體不講I/O的細節（操做系統原理都會講），關鍵就一點，I/O操做一般比較耗時但不會獨佔CPU，典型的I/O好比文件讀寫，遠程數據庫讀寫，網絡請求等。 先講耗時，若是用同步API來進行I/O操做，在返回結果以前就只能等待，因此最好的辦法上面已經講過，就是進行異步操做。接着說一下不會霸佔CPU的好處。在node.js進程裏面，有一個用戶線程（javascript所宣稱的單線程）和一個異步線程池（用戶沒法直接訪問）， 若是跑在異步線程上的代碼是阻塞的，那麼這種異步根本就起不到消除阻塞的做用，爲何？緣由就是阻塞代碼會霸佔cpu，致使本進程全部代碼都等待不論是哪一個線程。可是，，，剛剛講的node.js裏面的I/O API都是不會霸佔CPU的，因此是非阻塞的，就不會出現這個問題。這就是node.js的最引覺得傲的特性之一：異步非阻塞I/O.

 

上面只是強調異步非阻塞，那麼對於真正的阻塞代碼，node.js怎麼辦呢？很差意思。。。單個node.js進程真無能爲力，跟同步編程語言相比沒什麼優點，只能用傳統的方式，多進程，多開幾個node.js進程，甚至多開幾個服務器。任何語言都有它的強項和弱項，node.js的強項就是它原本的設計初衷：讓開發者可以輕鬆的編寫高性能的web服務器（進行的最多的就是網絡和數據庫的I/O操做），而不是作大量的CPU密集型的運算（不過我趕腳，就算要作不少阻塞操做，用多進程和多服務器又有何不可？node.js對此提供了足夠的支持）。這樣算是回答了上一小節最後的問題了吧:)

 

要理解javascript異步編程和其餘語言同步編程的區別，能夠從一個最簡單的例子開始。在同步爲主的語言中，若是須要等待10秒鐘，一般是相似sleep 10之類的語句，在10秒以內整個進程掛起，也就是阻塞10秒。但javascript不是這樣，它是使用setTimeout函數，從字面意思就已經能夠看出區別了， 設一個timeout的時間， 在這段時間內cpu能夠繼續運行其餘代碼， 等10秒時間到了， 就用回調函數的形式來作應該10秒以後才作的事情。

 

到此，這一節異步編程的原理大概就歸納了一下，在進一步深刻學習異步編程以前必定要理解的概念。以上都是本身的理解，錯誤或不許確的地方還望不吝賜教:)

 

下一節會介紹最基礎的javascript的異步編程方式：回調函數，全部其餘方式都是基於它的改進。

 

附註：也許是我讀得書少:) 這麼久以來沒有發現網上有對異步編程講解的很透徹的文章，在本身學習過的資料當中，樸靈的《深刻淺出node.js》是講解的最深刻透徹的，強烈推薦。

 

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