非同步JavaScript的發展歷程

發表於2016-01-30

對大部分的JavaScript開發者而言,async函式是個新鮮事物,它的發展經歷了一個漫長的旅程。因此本文試圖 梳理總結JavaScript非同步函式的發展歷程:在不久之前,我們還只能寫回撥函式來實現非同步,然後Promise/A+ 標準出來了,這之後又出現了生成器函式,而未來顯然是async函式的。

現在讓我們、一起來回顧這些年來JavaScript非同步函式的發展歷程吧。

回撥函式 Callbacks

似乎一切應該從回撥函式開始談起。

非同步JavaScript

正如我們所知道的那樣,在JavaScript中,非同步程式設計方式只能通過JavaScript語言中的一等公民函式才能完成: 這種方式意味著我們可以將一個函式作為另一個函式的引數,在這個函式的內部可以呼叫被傳遞進來的函式(即回撥函式)。 這也正是回撥函式誕生的原因:如果你將一個函式作為引數傳遞給另一個函式(此時它被稱為高階函式),那麼在函式內部, 你可以呼叫這個函式來來完成相應的任務。回撥函式沒有返回值(不要試圖用return),僅僅被用來在函式內部執行某些動作。 看一個例子:

上面的例子中我們演示了一個錯誤優先的回撥函式(error-first callbacks),這也是Node.js本身的特點之一, Node.js中所有的核心模組和NPM倉庫中的大部分模組在編寫時都會遵循這個特點。

過度使用回撥函式所會遇到的挑戰:

  • 如果不能合理的組織程式碼,非常容易造成回撥地獄(callback hell),這會使得你的程式碼很難被別人所理解。
  • 很容易遺漏錯誤處理程式碼
  • 無法使用return語句返回值,並且也不能使用throw關鍵字

也正是基於這些原因,在JavaScript世界中,一直都在尋找著能夠讓非同步JavaScript開發變得更簡單的可行的方案。

一個可行的解決方案之一是async模組。如果你和回撥函式打過很久的交道, 你也許會深刻的感受到,在JavaScript中如果想要讓某些事並行執行,或是序列執行,甚至是使用非同步函式來對映(mapping) 陣列中的元素使用非同步函式有多複雜。所以,感謝Caolan McMahon寫了async模組來 解決這些問題。

使用async模組,你可以輕鬆像下面這樣的方式編寫程式碼:

async模組雖然一定程度上帶來了便利,但仍然不夠簡單,程式碼也不容易閱讀,因此Promise出現了。

Promise

當前的JavaScript非同步標準可以追溯到2012年,並且直到ES6才變得可用,然而,Promise這個術語卻並不是JavaScript 社群所發明的。這個術語來來自於Daniel P.friedman 在1976年的發表的一篇文章。

一個Promise代表的是一個非同步操作的最終結果。

現在我們使用Promise來完成上面程式碼所完成的任務,Promise風格的程式碼如下:

你會發現,Promise中也利用了回撥函式。在thencatch方法中都傳入了一個回撥函式,分別在Promise被 滿足和被拒絕時執行。Promise函式的另一個優點是它能夠被連結起來完成一系列任務。例如,你可以這樣寫程式碼:

當你沒有現成的Promise時,你可能需要藉助一些Promise庫,一個流行的選擇是使用bluebird。 這些庫可能會提供比原生方案更多的功能,並且不侷限於Promise/A+標準所規定的特性。

但是你為什麼不用糖方法(sugar methods)呢?建議你首先閱讀Promise: The Extension Problem 這篇文章。更多關於Promise的資訊,可以參考Promise/A+標準

你可能會問: 如果大部分的庫只暴露了回撥的介面的話,那麼我該如何使用Promise? 嗯,這個很簡單,此時你唯一需要做的就是使用Promise來包裹含有回撥的那個函式呼叫體。舉例說明:

回撥風格的程式碼可能是這樣的:

現在我們來將其改成支援Promise風格呼叫的程式碼:

已經有相當一部分的庫或框架同時支持者兩種方式了,即同時提供了回撥風格和Promise風格的API介面。那麼現在, 如果你也想對外提供一個庫,最佳實踐也是同時提供兩種方式的介面。你可以輕鬆的使用如下方式來達到這個目的:

或者更簡單些,你可以從只提供Promise風格的介面開始後,並使用諸如callbackify 這樣的工具來達到向後相容的目的。其實Callbackify所做的工作和上面的程式碼片段類似,但在實現上使用了一個更通用的方法, 我建議你可以去閱讀Callbackify的原始碼。

生成器Generators/ yield

JavaScript生成器是個相對較新的概念, 它是ES6(也被稱為ES2015)的新特性。想象下面這樣的一個場景:

當你在執行一個函式的時候,你可以在某個點暫停函式的執行,並且做一些其他工作,然後再返回這個函式繼續執行, 甚至是攜帶一些新的值,然後繼續執行。

上面描述的場景正是JavaScript生成器函式所致力於解決的問題。當我們呼叫一個生成器函式的時候,它並不會立即執行, 而是需要我們手動的去執行迭代操作(next方法)。也就是說,你呼叫生成器函式,它會返回給你一個迭代器。迭代器 會遍歷每個中斷點。

更進一步的,如果你想更輕鬆的使用生成器函式來編寫非同步JavaScript程式碼,我們可以使用co 這個庫,co是著名的tj大神寫的。

Co是一個為Node.js和瀏覽器打造的基於生成器的流程控制工具,藉助於Promise,你可以使用更加優雅的方式編寫非阻塞程式碼。

使用co,前面的示例程式碼,我們可以使用下面的程式碼來改寫:

你可能會問:如何實現並行操作呢?答案可能比你想象的簡單,如下(其實它就是Promise.all而已):

Async/ await

在ES7(還未正式標準化)中引入了Async函式的概念,目前如果你想要使用的話,只能藉助於babel 這樣的語法轉換器將其轉為ES5程式碼。(提醒一點:我們現在討論的是async關鍵字,而不是NPM中的async包)。

簡而言之,使用async關鍵字,你可以輕鬆的達成之前使用生成器和co函式所做到的工作。當然,除了hack之外。

也許你會問,是否在ES7中有了async關鍵字,yield就變得不是那麼重要了?

實際上,使用yield實現非同步也不過是一種hack罷了,yield意味著懶次序(lazy sequences)和迭代器。 而await能夠完美的分離這兩點,首先讓yield用於其最初的目的,其次使用await來執行非同步操作。

在這背後,async函式實際使用的是Promise,也就是為什麼async函式會返回一個Promise的原因。

因此,我們使用async函式來完成類似於前面程式碼所完成的工作,可以使用下面這樣的方式來重新編寫程式碼:

正如你看到的那樣,使用async函式,你需要在函式宣告的最前面加上async關鍵字。這之後,你可以在 函式內部使用await關鍵字了,作用和之前的yield作用是類似的。

使用async函式完成並行任務與yiled的方式非常的相似,唯一不同的是,此時Promise.all不再是 隱式的,你需要顯示的呼叫它:

Koa也支援async函式,如果你也在使用koa,那麼你現在就可以藉助babel使用這一特性了。

擴充閱讀

  1. Hapi with generators
  2. Koa

相關文章