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同步&异步的概念

在讲这四种异步方案之前,我们先来明确一下同步和异步的概念:
所谓同步(synchronization),简单来说,就是顺序执行,指的是同一时间只能做一件事情,只有目前正在执行的事情做完之后,才能做下一件事情。
比如咱们去火车站买票,假设窗口只有1个,那么同一时间只能处理1个人的购票业务,其余的需要进行排队。这种one by one的动作就是同步。
同步操作的优点在于做任何事情都是依次执行,井然有序,不会存在大家同时抢一个资源的问题。
同步操作的缺点在于会阻塞后续代码的执行。如果当前执行的任务需要花费很长的时间,那么后面的程序就只能一直等待。从而影响效率,对应到前端页面的展示来说,有可能会造成页面渲染的阻塞,大大影响用户体验。

所谓异步(Asynchronization),指的是当前代码的执行不影响后面代码的执行。当程序运行到异步的代码时,会将该异步的代码作为任务放进任务队列,而不是推入主线程的调用栈。等主线程执行完之后,再去任务队列里执行对应的任务即可。
因此,异步操作的优点就是不会阻塞后续代码的执行

js中异步的应用场景

开篇讲了同步和异步的概念,那么在JS中异步的应用场景有哪些呢?

  • 定时任务:setTimeout、setInterval
  • 网络请求:ajax请求、动态创建img标签的加载
  • 事件监听器:addEventListener

实现异步的四种方法

对于setTimeout、setInterval、addEventListener这种异步场景,不需要我们手动实现异步,直接调用即可。
但是对于ajax请求、node.js中操作数据库这种异步,就需要我们自己来实现了~

1、 回调函数

在微任务队列出现之前,JS实现异步的主要方式就是通过回调函数。
以一个简易版的Ajax请求为例,代码结构如下所示:

function ajax(obj){
  let default = {
    url: '...',
    type:'GET',
    async:true,
    contentType: 'application/json',
    success:function(){}
    };

  for (let key in obj) {
        defaultParam[key] = obj[key];
    }

    let xhr;
    if (window.XMLHttpRequest) {
        xhr = new XMLHttpRequest();
    } else {
        xhr = new ActiveXObject('Microsoft.XMLHTTP');
    }

    xhr.open(defaultParam.type, defaultParam.url+'?'+dataStr, defaultParam.async);
    xhr.send();
    xhr.onreadystatechange = function (){
        if (xhr.readyState === 4){
            if(xhr.status === 200){
                let result = JSON.parse(xhr.responseText);
                // 在此处调用回调函数
                defaultParam.success(result);
            }
        }
    }
}

我们在业务代码里可以这样调用ajax请求:

ajax({
   url:'#',
   type:GET,
   success:function(e){
    // 回调函数里就是对请求结果的处理
   }
});

ajax的success方法就是一个回调函数,回调函数中执行的是我们请求成功之后要做的进一步操作。
这样就初步实现了异步,但是回调函数有一个非常严重的缺点,那就是回调地狱的问题。

大家可以试想一下,如果我们在回调函数里再发起一个ajax请求呢?那岂不是要在success函数里继续写一个ajax请求?那如果需要多级嵌套发起ajax请求呢?岂不是需要多级嵌套?如果嵌套的层级很深的话,我们的代码结构可能就会变成这样:

回调地狱示意图

因此,为了解决回调地狱的问题,提出了Promise、async/await、generator的概念。

2、Promise

Promise作为典型的微任务之一,它的出现可以使JS达到异步执行的效果。

一个Promise函数的结构如下列代码如下:

const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve('a');
});
promise
    .then((arg) => { console.log(`执行resolve,参数是${arg}`) })
    .catch((arg) => { console.log(`执行reject,参数是${arg}`) })
    .finally(() => { console.log('结束promise') });

如果,我们需要嵌套执行异步代码,相比于回调函数来说,Promise的执行方式如下列代码所示:

const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve(1);
});
promise.then((value) => {
      console.log(value);
      return value * 2;
    }).then((value) => {
      console.log(value);
      return value * 2;
    }).then((value) => {
      console.log(value);
    }).catch((err) => {
    console.log(err);
    });

即,通过then来实现多级嵌套(链式调用),这看起来是不是就比回调函数舒服多了~

每个Promise都会经历的生命周期是:

  • 进行中(pending) - 此时代码执行尚未结束,所以也叫未处理的(unsettled)
  • 已处理(settled) - 异步代码已执行结束
    已处理的代码会进入两种状态中的一种:

    • 已完成(fulfilled) - 表明异步代码执行成功,由resolve()触发
    • 已拒绝(rejected)- 遇到错误,异步代码执行失败 ,由reject()触发

    因此,pending,fulfilled, rejected就是Promise中的三种状态啦~
    大家一定要牢记,在Promise中,要么包含resolve()来表示Promise的状态为fulfilled,要么包含reject()来表示Promise的状态为rejected。
    不然我们的Promise就会一直处于pending的状态,直至程序崩溃…

除此之外,Promise不仅很好的解决了链式调用的问题,它还有很多神奇的操作呢:

  • Promise.all(promises):接收一个包含多个Promise对象的数组,等待所有都完成时,返回存放它们结果的数组。如果任一被拒绝,则立即抛出错误,其他已完成的结果会被忽略
  • Promise.allSettled(promises): 接收一个包含多个Promise对象的数组,等待所有都已完成或者已拒绝时,返回存放它们结果对象的数组。每个结果对象的结构为{status:’fulfilled’ // 或 ‘rejected’, value // 或reason}
  • Promise.race(promises): 接收一个包含多个Promise对象的数组,等待第一个有结果(完成/拒绝)的Promise,并把其result/error作为结果返回
function getPromises(){
    return [
        new Promise(((resolve, reject) => setTimeout(() => resolve(1), 1000))),
        new Promise(((resolve, reject) => setTimeout(() => reject(new Error('2')), 2000))),
        new Promise(((resolve, reject) => setTimeout(() => resolve(3), 3000))),
    ];
}

Promise.all(getPromises()).then(console.log);
Promise.allSettled(getPromises()).then(console.log);
Promise.race(getPromises()).then(console.log);

打印结果如下:


3、Generator

Generator是ES6提出的一种异步编程的方案。因为手动创建一个iterator十分麻烦,因此ES6推出了generator,用于更方便的创建iterator。也就是说,Generator就是一个返回值为iterator对象的函数。
在讲Generator之前,我们先来看看iterator是什么:
iterator是什么?
iterator中文名叫迭代器。它为js中各种不同的数据结构(Object、Array、Set、Map)提供统一的访问机制。任何数据结构只要部署了Iterator接口,就可以完成遍历操作。
因此iterator也是一种对象,不过相比于普通对象来说,它有着专为迭代而设计的接口。

iterator 的作用:

  • 为各种数据结构,提供一个统一的、简便的访问接口;
  • 使得数据结构的成员能够按某种次序排列;
  • ES6 创造了一种新的遍历命令for…of循环,Iterator 接口主要供for…of消费

iterator的结构:
它有next方法,该方法返回一个包含valuedone两个属性的对象(我们假设叫result)。value是迭代的值,后者是表明迭代是否完成的标志。true表示迭代完成,false表示没有。iterator内部有指向迭代位置的指针,每次调用next,自动移动指针并返回相应的result。

原生具备iterator接口的数据结构如下:

  • Array
  • Map
  • Set
  • String
  • TypedArray
  • 函数里的arguments对象
  • NodeList对象
    这些数据结构都有一个Symbol.iterator属性,可以直接通过这个属性来直接创建一个迭代器。
    也就是说,Symbol.iterator属性只是一个用来创建迭代器的接口,而不是一个迭代器,因为它不含遍历的部分。
    使用Symbol.iterator接口生成iterator迭代器来遍历数组的过程为:
let arr = ['a','b','c'];

let iter = arr[Symbol.iterator]();

iter.next() // { value: 'a', done: false }
iter.next() // { value: 'b', done: false }
iter.next() // { value: 'c', done: false }
iter.next() // { value: undefined, done: true }

for … of的循环内部实现机制其实就是iterator,它首先调用被遍历集合对象的 Symbol.iterator 方法,该方法返回一个迭代器对象,迭代器对象是可以拥有.next()方法的任何对象,然后,在 for … of 的每次循环中,都将调用该迭代器对象上的 .next 方法。然后使用for i of打印出来的i也就是调用.next方法后得到的对象上的value属性。

对于原生不具备iterator接口的数据结构,比如Object,我们可以采用自定义的方式来创建一个遍历器。

比如,我们可以自定义一个iterator来遍历对象:

let obj = {a: \"hello\", b: \"world\"};
// 自定义迭代器
function createIterator(items) {
    let keyArr = Object.keys(items);
    let i = 0;
    return {
        next: function () {
            let done = (i >= keyArr.length);
            let value = !done ? items[keyArr[i++]] : undefined;
            return {
                value: value,
                done: done,
            };
        }
    };
}

let iterator = createIterator(obj);
console.log(iterator.next()); // \"{ value: 'hello', done: false }\"
console.log(iterator.next());  // \"{ value: 'world', done: false }\"
console.log(iterator.next());  // \"{ value: undefined, done: true }\"

接下来,我们来聊聊Generator:
我们通过一个例子来看看Gnerator的特征:

function* createIterator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}
// generators可以像正常函数一样被调用,不同的是会返回一个 iterator
let iterator = createIterator();
console.log(iterator.next().value); // 1
console.log(iterator.next().value); // 2
console.log(iterator.next().value); // 3

Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案。形式上,Generator 函数是一个普通函数,但是有两个特征:

  • function关键字与函数名之间有一个星号
  • 函数体内部使用yield语句,定义不同的内部状态

Generator函数的调用方法与普通函数一样,也是在函数名后面加上一对圆括号。不同的是,调用Generator函数后,该函数并不执行,返回的也不是函数运行结果,而是一个指向内部状态的指针对象,也就是遍历器对象(Iterator Object

打印看看Generator函数返回值的内容:

发现generator函数的返回值的原型链上确实有iterator对象该有的next,这充分说明了generator的返回值是一个iterator。除此之外还有函数该有的return方法和throw方法。

在普通函数中,我们想要一个函数最终的执行结果,一般都是return出来,或者以return作为结束函数的标准。运行函数时也不能被打断,期间也不能从外部再传入值到函数体内。
但在generator中,就打破了这几点,所以generator和普通的函数完全不同。
当以function*的方式声明了一个Generator生成器时,内部是可以有许多状态的,以yield进行断点间隔。期间我们执行调用这个生成的Generator,他会返回一个遍历器对象,用这个对象上的方法,实现获得一个yield后面输出的结果。

function* generator() {
    yield 1
    yield 2
};
let iterator = generator();
iterator.next()  // {value: 1, done: false}
iterator.next()  // {value: 2, done: false}
iterator.next()  // {value: undefined, done: true}

yield和return的区别:

  • 都能返回紧跟在语句后面的那个表达式的值
    • yield相比于return来说,更像是一个断点。遇到yield,函数暂停执行,下一次再从该位置继续向后执行,而return语句不具备位置记忆的功能。
    • 一个函数里面,只能执行一个return语句,但是可以执行多次yield表达式。
    • 正常函数只能返回一个值,因为只能执行一次return;Generator 函数可以返回一系列的值,因为可以有任意多个yield

语法注意点:

  • yield表达式只能用在 Generator 函数里面

  • yield表达式如果用在另一个表达式之中,必须放在圆括号里面

  • yield表达式用作函数参数或放在赋值表达式的右边,可以不加括号。

  • 如果 return 语句后面还有 yield 表达式,那么后面的 yield 完全不生效

使用Generator的其余注意事项:

  • 需要注意的是,yield 不能跨函数。并且yield需要和*配套使用,别处使用无效
function* createIterator(items) {
  items.forEach(function (item) {
    // 语法错误
    yield item + 1;
  });
}
  • 箭头函数不能用做 generator

讲了这么多,那么Generator到底有什么用呢?

  • 因为Generator可以在执行过程中多次返回,所以它看上去就像一个可以记住执行状态的函数,利用这一点,写一个generator就可以实现需要用面向对象才能实现的功能。
  • Generator还有另一个巨大的好处,就是把异步回调代码变成“同步”代码。这个在ajax请求中很有用,避免了回调地狱.

4、 async/await

最后我们来讲讲async/await,终于讲到这儿了!!!
async/await是ES7提出的关于异步的终极解决方案。我看网上关于async/await是谁的语法糖这块有两个版本:

  • 第一个版本说async/await是Generator的语法糖
  • 第二个版本说async/await是Promise的语法糖

其实,这两种说法都没有错。
关于async/await是Generator的语法糖:
所谓Generator语法糖,表明的就是aysnc/await实现的就是generator实现的功能。但是async/await比generator要好用。因为generator执行yield设下的断点采用的方式就是不断的调用iterator方法,这是个手动调用的过程。针对generator的这个缺点,后面提出了co这个库函数来自动执行next,相比于之前的方案,这种方式确实有了进步,但是仍然麻烦。而async配合await得到的就是断点执行后的结果。因此async/await比generator使用更普遍。

总结下来,async函数对 Generator函数的改进,主要体现在以下三点:

  • 内置执行器:Generator函数的执行必须靠执行器,因为不能一次性执行完成,所以之后才有了开源的 co函数库。但是,async函数和正常的函数一样执行,也不用 co函数库,也不用使用 next方法,而 async函数自带执行器,会自动执行。
  • 适用性更好:co函数库有条件约束,yield命令后面只能是 Thunk函数或 Promise对象,但是 async函数的 await关键词后面,可以不受约束。
  • 可读性更好:async和 await,比起使用 *号和 yield,语义更清晰明了。

关于async/await是Promise的语法糖:
如果不使用async/await的话,Promise就需要通过链式调用来依次执行then之后的代码:

function counter(n){
  return new Promise((resolve, reject) => { 
     resolve(n + 1);
    });
}

function adder(a, b){
    return new Promise((resolve, reject) => { 
     resolve(a + b);
    });
}

function delay(a){
    return new Promise((resolve, reject) => { 
     setTimeout(() => resolve(a), 1000);
    });
}
// 链式调用写法
function callAll(){
    counter(1)
       .then((val) => adder(val, 3))
       .then((val) => delay(val))
       .then(console.log);
}
callAll();//5

虽然相比于回调地狱来说,链式调用确实顺眼多了。但是其呈现仍然略繁琐了一些。
async/await的出现,就使得我们可以通过同步代码来达到异步的效果

async function callAll(){
   const count = await counter(1);
   const sum = await adder(count, 3);
   console.log(await delay(sum));
}
callAll();// 5

由此可见,Promise搭配async/await的使用才是正解!

总结

  • promise让异步执行看起来更清晰明了,通过then让异步执行结果分离出来。
  • async/await其实是基于Promise的。async函数其实是把promise包装了一下。使用async函数可以让代码简洁很多,不需要promise一样需要些then,不需要写匿名函数处理promise的resolve值,也不需要定义多余的data变量,还避免了嵌套代码。
  • async函数是Generator函数的语法糖。async函数的返回值是 promise 对象,这比 Generator 函数的返回值是 Iterator 对象方便多了。同时,我们还可以用await来替代then方法指定下一步的操作。
  • 感觉Promise+async的操作最为常见。因为Generator的常用功能可以直接由async来体现呀~