深入JavaScript异步编程

一、 什么是同步编程、异步编程

传统的同步编程是一种请求响应模型，调用一个方法，等待其响应返回。

异步编程就是要重新考虑是否需要响应的问题，也就是缩小需要响应的地方。因为越快获得响应，就是越同步化，顺序化，事务化，性能化。

1. 同步编程

任务「Task1，Task2，Task3」进入主线程排队，一个接一个按部就班顺序执行，如下图：

2. 异步编程

任务不进入主线程，进入「任务队列」，当主线程执行完毕后开始读取任务队列，如下图：

运行机制：

* 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈 (execution context stack)* 主线程之外，还存在一个"任务队列"(task queue)。当异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。* 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件，对应的异步任务结束等待状态，进入执行栈，开始执行。* 主线程不断重复上面的第三步。

3. 常见的异步任务

setTimeout

setInterval

setImmediate

Promise

MutationObserver

process.nextTick

……

二、 剖析异步编程

1. 看一个DEMO

运行后发现打印结果是：4 -> 2 -> 3 -> 1，带着疑问我们看下面的讲解……

2. Event loop事件

从上图中我们拆分理解：

一个事件循环(event loop)会有一个或多个任务队列(task queue)

task queue 就是 macrotask queue

每一个 event loop 都有一个 microtask queue

task queue == macrotask queue != microtask queue

一个任务 task 可以放入 macrotask queue 也可以放入 microtask queue 中

3. Microtasks 和 Macrotasks的分类

macrotasks:

setTimeout

setInterval

setImmediate

I/O

UI rendering

microtasks:

process.nextTick

Promises

Object.observe(废弃)

MutationObserver

4. 运行差异

我们再来看一个比较有意思的例子

结果来看打印顺序分别是start -> micro -> micro -> macro -> insert-micro -> macro

在timer执行栈中会执行I/O，idle，prepare，再通过poll方式去看是否有micro事件去执行，check确认没有任务可以执行就会关闭callbacks……

简单来说:，它从script(整体代码)开始第一次循环，之后，直到调用栈清空(只剩全局)，然后执行所有的micro-task，当所有可执行的，找到其中一个任务队列执行完毕，然后再执行所有的micro-task，这样一直循环下去。

三、 异步编程的几种方式

1. 回调函数

这种回调函数通过来执行callback，从而达到异步的效果

2. 事件监听

这种通过给dom绑定监听’done’事件，同时借助来达到异步效果

3. 发布/订阅

下图是通过发布/订阅来实现异步操作

这里简单聊一下观察者模式和发布/订阅的异同点:

观察者模式由具体目标进行调度的

发布/订阅模式由统一由调度中心调度

观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的

发布/订阅模式不存在依赖

4. Promise

Promise是抽象异步处理对象以及对其进行各种操作的组件，它是基于并列 /并行处理设计的一种编程语言，Promise对象用于表示一个异步操作的最终状态(完成或失败)，以及其返回的值。

我们从上图可看出Promise是一个接一个走下去的，该实现方式其实包括了队列/链式

其中队列的实现方式如下：

实现方式：

constructor:

handle:

next:

链式的实现方式如下：

constructor:

handle:

next:

5. Generator、Async/Await

Generator是一个状态机，它封装了多个内部状态，执行它将生成一个遍历器对象，而async函数是Generator函数的语法糖，await返回一个Promise对象，如果不是，会被转换成一个立即执行的Promise对象，await将等待当前行执行完成才会继续之后的内容。所以这里就举一个比较简单的例子了……

四、 总结

到此为止，我们基本上剖析完整个JavaScript的异步编程了，因为JavaScript是单线程的（虽然现在有了woker，但就目前看来实用性并不强），因此异步编程对其尤为重要。拿Node.js来说，外壳是一层JS语言，这是用户操作的层面，在这个层次上它是单线程运行的，所以我们会在很多场景下用到异步操作，虽然Node.js底层运用了很多多线程的操作，但对于用户层是透明的，所以掌握好JavaScript的异步编程对于我们coder来说还是很有必要的。