【Node Hero】3. 理解異步編程

本文轉載自：衆成翻譯
譯者：網絡埋伏紀事
連接：http://www.zcfy.cc/article/1759
原文：https://blog.risingstack.com/node-hero-async-programming-in-node-js/

本章我將指導你學習異步編程的原理，並向你展現如何在 JavaScript 和 Node.js 中實現異步編程。

異步編程

在傳統編程實踐中，大多數 I/O 操做都是同步發生的。若是想一想 Java，想一想如何用 Java 讀取一個文件，你會獲得下面這樣的代碼：

try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("foo.txt")) {  
    Session IOUtils;
    String fileContent = IOUtils.toString(inputStream);
}

這背後發生了什麼？主線程會被阻塞，直到文件讀完，這意味着讀文件的同時其它什麼事情都作不了。要解決此問題，更好利用 CPU，就不得不手動管理線程。

若是有更多阻塞操做，那麼事件隊列就變得更糟糕：

(紅色塊表示在進程等待外部資源的響應而被阻塞時，黑色塊表示在代碼運行時，綠色塊表示應用的其他部分)

爲解決這個問題，Node.js 引入了一種異步編程模型。

Node.js 中的異步編程

異步 I/O 是一種輸入/輸出處理的形式，它容許在傳輸完成以前，其它處理能繼續進行。

在以下的示例中，我將展現 Node.js 中一個簡單的文件讀寫過程 - 同時採用同步和異步的方式，目的是向你展現經過避免阻塞應用程序，能實現什麼。

下面咱們先從一個簡單的示例開始 - 以同步的方式用 Node.js 讀一個文件：

const fs = require('fs')  
let content  
try {  
  content = fs.readFileSync('file.md', 'utf-8')
} catch (ex) {
  console.log(ex)
}
console.log(content)

這裏剛剛發生了什麼？咱們試圖用 fs 模塊的同步接口讀一個文件。它按預期方式工做 - content 變量會包含 file.md 的內容。這種方式的問題是，Node.js 會被阻塞，直到操做完成 - 也就是說在文件正在被讀取時，它什麼事都作不了。

下面咱們看看如何修復！

咱們直到，在 JavaScript 中，異步編程只能用函數這個該語言的一等公民來實現：函數能夠像全部其它變量同樣傳給其它函數。將其它函數做爲參數的函數被稱爲高階函數。

以下是一個高階函數的最簡單示例：

const numbers = [2,4,1,5,4]

function isBiggerThanTwo (num) {  
  return num > 2
}

numbers.filter(isBiggerThanTwo)

在上例中，咱們將一個函數傳遞給 filter 函數。經過這種方式咱們能夠定義過濾的邏輯。

這就是回調誕生的方式：若是你把一個函數傳遞給另外一個函數做爲參數，那麼就能夠在另外一個函數完成任務時，在該函數內調用傳進來的函數。不須要返回值，只用值調用另外一個函數。

這些所謂錯誤優先（error-first）的回調是 Node.js 自己的核心 - 核心模塊用了它，大多數 NPM 中的模塊也是。

const fs = require('fs')  
fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {  
  if (err) {
    return console.log(err)
  }

  console.log(content)
})

這裏要注意：

• 錯誤處理: 必須在回調中檢測錯誤，而不是用 try-catch 塊。

• 沒有返回值: 異步函數不返回值，可是值將被傳遞給回調。

下面咱們對這個文件作點修改，看看它其實是如何工做的：

const fs = require('fs')

console.log('start reading a file...')

fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {  
  if (err) {
    console.log('error happened during reading the file')
    return console.log(err)
  }

  console.log(content)
})

console.log('end of the file')

這段腳本的輸出將是：

start reading a file...  
end of the file  
error happened during reading the file

正如你所見，一旦咱們開始讀文件，執行繼續，應用程序打印出 end of the file。一旦文件讀取完成，咱們的回調就只被調用一次。這怎麼可能呢？迎接事件循環。

事件循環

事件循環是 Node.js / JavaScript 的核心 - 它負責安排異步操做。

在深刻了解以前，要確保理解什麼是事件驅動的編程。

事件驅動的編程是一種編程範式，在這種範式中程序流程是由事件決定的，好比用戶行爲（鼠標點擊、按鍵）、傳感器輸出或者其它程序/線程的消息。

實際上，它意味着應用程序按照事件行事。

而且，咱們在第一章已經學過，從開發者的觀點看，Node.js 是單線程的。這意味着沒必要處理線程和線程同步，Node.js 遠離了這種複雜性。除了你的代碼，全部東西都是並行執行的。

要更深刻理解事件循環，請繼續 youtube 上的視頻。

異步控制流

至此你已經對 JavaScript 中的異步編程工做機制有了一個基本認識，下面咱們來看看幾個如何組織代碼的示例。

Async.js

爲避免所謂回調地獄，能夠作的一件事情是開始使用 async.js。

Async.js 幫助組織應用程序結構，讓流程控制更容易。

下面咱們看一個使用 Async.js 的簡短示例，而後用 Promises 重寫。

以下的代碼片斷映射三個文件上的狀態：

async.parallel(['file1', 'file2', 'file3'], fs.stat, function (err, results) {  
    // 如今結果是是一個每一個文件的狀態數組
})

Promises

Promise 對象用於延遲及異步計算。一個 Promise 表明尚未完成，可是將來會執行的操做。

在實踐中，前面的示例能夠重寫爲以下：

function stats (file) {  
  return new Promise((resolve, reject) => {
    fs.stat(file, (err, data) => {
      if (err) {
        return reject (err)
      }
      resolve(data)
    })
  })
}

Promise.all([  
  stats('file1'),
  stats('file2'),
  stats('file3')
])
.then((data) => console.log(data))
.catch((err) => console.log(err))

固然，若是使用一個有 Promise 接口的方法，那麼 Promise 示例的行數也會少不少。

下一步：第一個 Node.js 服務器

下一章將會學習如何啓動第一個 Node.js HTTP 服務器。