深刻淺出Node.js學習筆記（四）

異步編程

Node是首個將異步大規模帶到應用層面的平臺，它從內在運行機制到API的設計，無不透露出異步的氣息來。

1.函數式編程

在JavaScript中，函數做爲一等公民，使用上很是自由，不管調用它，或者做爲參數，或者做爲返回值都可。

函數式編程是JavaScript異步編程的基礎。

1.1高階函數

高階函數把函數做爲參數，或是將函數做爲返回值的函數。

function Night(x){
	return function (){
		return x;
	}
}
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事件的處理方式正是基於高階函數的特性的靈活性來完成的。

ECMAScript5提供的高階函數：

1. forEach();
2. map();
3. reduce();
4. reduceRight();
5. filter();
6. every();
7. some();

1.2偏函數用法

偏函數用法是指建立一個調用另一個部分-參數或者變量已經預置的函數-的函數的用法。

例子：

var toString = Object.prototype.toString;
var isString = function (obj) {
	return toString.call(obj) == '[object string]';
};
var isFunction = function (obj) {
	return toString.call(obj) == '[object function]';
};
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例子改進(工廠模式)：

var isType = function (type) {
	return function (obj) {
		retirn toString.call(obj) == '[object' + type + ']';
	}
};
var isString = isType('String');
var isFunvtion = isType('Funvtion');
複製代碼

這種經過指定部分參數來產生一個新的定製的形式就是偏函數。

2.異步編程的優點與難點

2.1優點

Node帶來的最大特性是基於事件驅動的非阻塞I/O模型。非阻塞I/O可使CPU與I/O並不相互依賴等待，讓資源更好的利用。對於網絡應用而言，並行帶來的想象空間巨大。延展而開是分佈式和雲。

因爲事件循環模型須要應對海量的請求，海量請求同時做用在單線程上，就須要防止任何一個計算耗費過多的CPU時間片。至因而計算密集型，仍是I/O密集型，只要計算不要影響異步I/O的調度，那就不構成問題。

2.2難點

難點：

1. 異常處理；

   編寫異步方法遵循的原則：

   • 必須執行調用者傳入的回調函數；
   • 正常傳遞異常供調用者判斷；

2. 函數嵌套過深；

3. 阻塞代碼；

4. 多線程編程；

   使用Web Workers,利用消息機制是合理使用多核CPU的理想模型。

   Web Workers可以解決利用CPU和減小阻塞UI渲染，可是不能解決UI渲染的效率問題。

5. 異步轉同步；

3.異步編程解決方案

3.1事件發佈/訂閱模式

事件監聽器模式是一種普遍用於異步編程的模式，是回調函數的事件化，又稱發佈/訂閱模式。

事件發佈/訂閱模式：

// 訂閱
emitter.on("event1",function(message){
	console(message);
})
// 發佈
emitter.emit("event1","I am message!");
複製代碼

訂閱事件就是個高階函數的應用。事件發佈/訂閱模式能夠實現一個事件與多個回調函數的關聯，這些回調函數又稱爲事件偵聽器。

經過emit()發佈事件後，消息會當即傳遞給當前事件的全部偵聽器執行。偵聽器能夠很靈活地添加和刪除，使得事件和具體處理邏輯之間能夠很輕鬆關聯和解耦。

從另外一種角度看，事件偵聽器模式也是一種鉤子(hook)機制，利用鉤子導出內部數據或狀態給外部的調用者。

Node對事件發佈/訂閱的機制的額外處理：

• 若是一個事件添加了超過10個偵聽器，將會獲得一個警告；

• 爲了處理異常，EventEmitter對象對error事件進行了特殊對待；

1. 繼承events模塊

Node中Stream對象繼承EventEmitter的例子：

var events = require('events');
function Stream (){
	events.EventEmitter.call(this);
}
util.inherits(Stream,events.EventEmitter);
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2. 利用事件隊列解決雪崩問題

once():偵聽器只能執行一次，在執行以後就會將它與事件的關聯移除。

採用once()解決雪崩問題。

雪崩問題：

在高訪問量、大併發量的狀況下緩存失效的情景，此時大量的請求同時涌入數據庫中，數據庫沒法同時承受如此大的查詢請求，進而往前影響網站的總體的響應速度。

一條數據庫查詢語句的調用：

var select = function (callback) {
	db.select("SQL",function (results) {
		callback(results);
	});
};
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3. 多異步之間的協做方案

通常而言，事件與偵聽器的關係是一對多，但在異步編程中，也會出現事件與偵聽器的關係是多對一的狀況，也就是說一個業務邏輯可能依賴兩個經過回調或事件傳遞的結果。回調嵌套過深的緣由就是如此。

因爲多個異步場景中回調函數的執行並不能保證順序，且回調函數之間沒有任何交集，因此須要藉助一個第三方函數和第三方變量來處理異步協做的結果。這個用於監測次數的變量叫作哨兵變量。

4. EventProxy的原理

   EventProxy來自於Backbone的事件模塊，Backbone的事件模塊是Model、View模塊的基礎功能。

   EventProxy將all當作一個事件流的攔截層，在其中注入一些業務來處理單一事件沒法解決的異步處理問題。

5. EventProxy的異常處理

   EventProxy提供了fail()和done()這兩個實例方法來優化異常處理，使得開發者將精力關注在業務實現，而不是在異常捕獲上。

3.2Promise/Deferred模式

使用事件的方式時，執行流程須要被預先設定。即使是分支，也須要預先設定，這是由發佈/訂閱模式的運行機制所決定的。

是否有一種先執行異步調用，延遲傳遞處理的方式呢？

答案是Promise/Deferred模式。

1. Promises/A
   • Promise操做只會處在：未完成態、完成態、和失敗態的一種；
   • Promise的狀態只能從未完成態向完成態或失敗態轉化，不能轉化。完成態和失敗態不能相互轉化；
   • Promise的狀態一旦轉化，將不能被更改；

一個Promise對象只要具有then()方法便可。

對於then()方法的要求：

• 接收完成態、錯誤態的回調方法。在操做完成或者出現錯誤的時候，將會調用對應的方法；
• 可選地支持progress事件回調做爲第三個方法；
• then()方法只接受function對象，其他對象將被忽略；
• then()方法返回的是Promise對象，支持鏈式調用；

then()方法所作的事情是將回調函數給存儲起來，爲了完成整個流程，還須要觸發執行這些回調函數的地方，實現這些功能的對象一般被稱爲Deferred,即延遲對象。

Promise和Dererred的差異：

Promise做用於外部，經過then()方法暴露給外部已添加自定義邏輯；

Dererred做用於內部，用於維護異步模型的狀態；

Promise是高級接口，事件是低級 接口。低級接口能夠構建更多更復雜的場景，高級接口一旦定義。不太容易變化，再也不有低級接口的靈活性。但對於解決典型問題很是有效。

Promise經過封裝異步調用，實現了正向用例和反向用例的分離以及邏輯處理延遲。

Promise須要封裝，可是強大，具有很強的侵入性，純粹的函數則較爲輕量，但功能相對較弱。

2. Promise中的多異步協做

   相似於EventProxy。

3. Promise的進階知識

   在API的暴露上，Promise模式比原始的事件偵聽和觸發略爲優美，缺陷是須要爲不一樣的場景封裝不一樣的API，沒有直接的原生事件那麼靈活。

   Promise的祕訣其實在於對隊列的操做。

   • 支持序列執行的Promise

     理想的編程體驗是前一個的調用的結果做爲下一個調用的開始，就是所謂的鏈式調用。

     要讓Promise支持鏈式執行的步驟：

     1. 將全部的回調都存在隊列中；
     2. Promise完成時，逐個執行回調，一旦監測到返回了新的Promise對象，中止執行，而後將當前的Deferred對象的promise引用改變爲新的Promise對象，並將隊列中餘下的回調轉交給他。

   • 將APIPromise化

3.3流程控制庫

1. 尾觸發與Next

   尾觸發：

   須要手工調用才能持續執行後續調用的。

   常見的關鍵詞是Next.

   尾觸發目前應用最多的地方是Connect的中間件。

   中間件最簡單的例子：

   function (req,res,next) {
   	//中間件
   }
   複製代碼

   每一箇中間件傳遞請求對象、響應對象和尾觸發函數，經過隊列造成一個處理流。

   中間件機制使得在 處理網絡請求時，能夠像面向切面編程同樣進行過濾、驗證、日誌等功能，而不與具體業務邏輯產生關聯，以至產生耦合。

   原始的next()方法較爲複雜，簡化和的原理十分簡單，取出隊列的中間件並執行，同時傳入當前方法以實現遞歸調用，達到持續觸發的目的。

2. async

   • 異步的串行執行
   • 異步的並行執行
   • 異步調用的依賴處理
   • 自動依賴處理

3. Step

   比async更輕量。

   Step接收任意數量的任務，全部的任務都將會串行依次執行。

   Step與事件模式、Promise、async都不一樣的一點在於Step用到了this關鍵字。事實上，它是Step內部的一個next()方法，將異步的調用的結果傳遞給下一個任務做爲參數，並調用執行。

   • 並行任務執行
   • 結果分組

4. wind

   wind爲JavaScript語言提供了一個monadic擴展，可以顯著提升一些常見場景下的異步編程體驗。

   • 異步任務定義
   • $await()與任務模型
   • 異步方法轉換輔助函數

4.異步併發控制

異步I/O與同步I/O的顯著差距：

• 同步I/O由於每一個I/O都是彼此阻塞的，在循壞體中，老是一個接着一個調用，不會出現耗用文件描述符太多的狀況，同時性能也是低下的；

• 異步I/O,雖然併發容易實現，可是因爲太容易實現，依然須要控制；

4.1 bagpipe的解決方案

bagpipe模塊的解決思路：

• 經過一個隊列來控制併發量；
• 若是當前活躍(指調用發起但未執行回調)的異步調用量小於限定值，從隊列中取出執行；
• 若是活躍調用達到限定值，從隊列中取出新的異步調用執行；
• 每一個異步調用結束時，從隊列中取出新的異步調用執行；

bagpipe相似於打開了一道窗口，容許異步調用並行進行，可是嚴格限定上限。僅僅在調用push()時分開傳遞，並不對原有API有任何侵入。

• 拒絕模式
• 超時控制

4.2 async的解決方案

async提供的處理異步調用的限制：parallelLimit()。