JS异步编程Promise对象详解

1、单线程模型

单线程模型指的是，JavaScript 只在一个线程上运行。也就是说，JavaScript 同时只能执行一个任务，其他任务都必须在后面排队等待。注意，JavaScript 只在一个线程上运行，不代表 JavaScript 引擎只有一个线程。事实上，JavaScript 引擎有多个线程，单个脚本只能在一个线程上运行（称为主线程），其他线程都是在后台配合。

JavaScript 之所以采用单线程，而不是多线程，跟历史有关系。JavaScript 从诞生起就是单线程，原因是不想让浏览器变得太复杂，因为多线程需要共享资源、且有可能修改彼此的运行结果，对于一种网页脚本语言来说，这就太复杂了。

如果 JavaScript 同时有两个线程，一个线程在网页 DOM 节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？是不是还要有锁机制？
所以，为了避免复杂性，JavaScript 一开始就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

2、同步任务和异步任务

程序里面所有的任务，可以分成两类：同步任务（synchronous）和异步任务（asynchronous）。

同步任务是那些没有被引擎挂起、在主线程上排队执行的任务。只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务。

异步任务是那些被引擎放在一边，不进入主线程、而进入任务队列的任务。只有引擎认为某个异步任务可以执行了（比如 Ajax 操作从服务器得到了结果），该任务（采用回调函数的形式）才会进入主线程执行。排在异步任务后面的代码，不用等待异步任务结束会马上运行，也就是说，异步任务不具有“堵塞”效应。

举例来说，Ajax 操作可以当作同步任务处理，也可以当作异步任务处理，由开发者决定。如果是同步任务，主线程就等着 Ajax 操作返回结果，再往下执行；如果是异步任务，主线程在发出 Ajax 请求以后，就直接往下执行，等到 Ajax 操作有了结果，主线程再执行对应的回调函数。

3、任务队列和事件循环

JavaScript 运行时，除了一个正在运行的主线程，引擎还提供一个任务队列（task queue），里面是各种需要当前程序处理的异步任务。（实际上，根据异步任务的类型，存在多个任务队列。为了方便理解，这里假设只存在一个队列。）首先，主线程会去执行所有的同步任务。等到同步任务全部执行完，就会去看任务队列里面的异步任务。

如果满足条件，那么异步任务就重新进入主线程开始执行，这时它就变成同步任务了。等到执行完，下一个异步任务再进入主线程开始执行。一旦任务队列清空，程序就结束执行。异步任务的写法通常是回调函数。一旦异步任务重新进入主线程，就会执行对应的回调函数。

如果一个异步任务没有回调函数，就不会进入任务队列，也就是说，不会重新进入主线程，因为没有用回调函数指定下一步的操作。JavaScript 引擎怎么知道异步任务有没有结果，能不能进入主线程呢？答案就是引擎在不停地检查，一遍又一遍，只要同步任务执行完了，引擎就会去检查那些挂起来的异步任务，是不是可以进入主线程了。这种循环检查的机制，就叫做事件循环（Event Loop）。

维基百科的定义是：“事件循环是一个程序结构，用于等待和发送消息和事件（a programming construct that waits for and dispatches events or messages in a program）”。

4、异步操作的模式

4.1回调函数

把f2写成f1的回调函数。

function f1(callback) {
  // ...
  callback();
}

function f2() {
  // ...
}

f1(f2);

回调函数的优点是简单、容易理解和实现，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（coupling），使得程序结构混乱、流程难以追踪（尤其是多个回调函数嵌套的情况），而且每个任务只能指定一个回调函数。

4.2事件监听

f1.on('done', f2);

function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    f1.trigger('done');
  }, 1000);
}

f1.trigger('done')表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以“去耦合”（decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。阅读代码的时候，很难看出主流程。

4.3 发布/订阅

事件完全可以理解成“信号”，如果存在一个“信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心“发布”（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心“订阅”（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做“发布/订阅模式”（publish-subscribe pattern），又称“观察者模式”（observer pattern）。

f2向信号中心jQuery订阅done信号。

jQuery.subscribe('done', f2);

function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    jQuery.publish('done');
  }, 1000);
}

上面代码中，jQuery.publish('done')的意思是，f1执行完成后，向信号中心jQuery发布done信号，从而引发f2的执行。

f2完成执行后，可以取消订阅（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe('done', f2);

这种方法的性质与“事件监听”类似，但是明显优于后者。因为可以通过查看“消息中心”，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

5、Promise 对象的状态

Promise 对象通过自身的状态，来控制异步操作。Promise 实例具有三种状态。

• 异步操作未完成（pending）
• 异步操作成功（fulfilled）
• 异步操作失败（rejected）

上面三种状态里面，fulfilled和rejected合在一起称为resolved（已定型）。

这三种的状态的变化途径只有两种。

• 从“未完成”到“成功”
• 从“未完成”到“失败”

一旦状态发生变化，就凝固了，不会再有新的状态变化。这也是 Promise 这个名字的由来，它的英语意思是“承诺”，一旦承诺成效，就不得再改变了。这也意味着，Promise 实例的状态变化只可能发生一次。

因此，Promise 的最终结果只有两种。

• 异步操作成功，Promise 实例传回一个值（value），状态变为fulfilled。
• 异步操作失败，Promise 实例抛出一个错误（error），状态变为rejected。

6、Promise 构造函数

JavaScript 提供原生的Promise构造函数，用来生成 Promise 实例。

var promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...

  if (/* 异步操作成功 */){
    resolve(value);
  } else { /* 异步操作失败 */
    reject(new Error());
  }
});

上面代码中，Promise构造函数接受一个函数作为参数，该函数的两个参数分别是resolve和reject。它们是两个函数，由 JavaScript 引擎提供，不用自己实现。

resolve函数的作用是，将Promise实例的状态从“未完成”变为“成功”（即从pending变为fulfilled），在异步操作成功时调用，并将异步操作的结果，作为参数传递出去。reject函数的作用是，将Promise实例的状态从“未完成”变为“失败”（即从pending变为rejected），在异步操作失败时调用，并将异步操作报出的错误，作为参数传递出去。

下面是一个例子。

function timeout(ms) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(resolve, ms, 'done');
  });
}

timeout(100)

上面代码中，timeout(100)返回一个 Promise 实例。100毫秒以后，该实例的状态会变为fulfilled。

7、then() 用法辨析

Promise 的用法，简单说就是一句话：使用then方法添加回调函数。但是，不同的写法有一些细微的差别，请看下面四种写法，它们的差别在哪里？

// 写法一
f1().then(function () {
  return f2();
});

// 写法二
f1().then(function () {
  f2();
});

// 写法三
f1().then(f2());

// 写法四
f1().then(f2);

为了便于讲解，下面这四种写法都再用then方法接一个回调函数f3。写法一的f3回调函数的参数，是f2函数的运行结果。

f1().then(function () {
  return f2();
}).then(f3);

写法二的f3回调函数的参数是undefined。

f1().then(function () {
  f2();
  return;
}).then(f3);

写法三的f3回调函数的参数，是f2函数返回的函数的运行结果。

f1().then(f2())
  .then(f3);

写法四与写法一只有一个差别，那就是f2会接收到f1()返回的结果。

f1().then(f2)
  .then(f3);

8、Promise 优缺点

优点：让回调函数变成了规范的链式写法，程序流程可以看得很清楚。它有一整套接口，可以实现许多强大的功能，比如同时执行多个异步操作，等到它们的状态都改变以后，再执行一个回调函数；再比如，为多个回调函数中抛出的错误，统一指定处理方法等等。

而且，Promise 还有一个传统写法没有的好处：它的状态一旦改变，无论何时查询，都能得到这个状态。这意味着，无论何时为 Promise 实例添加回调函数，该函数都能正确执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。如果是传统写法，通过监听事件来执行回调函数，一旦错过了事件，再添加回调函数是不会执行的。

缺点：编写的难度比传统写法高，而且阅读代码也不是一眼可以看懂。你只会看到一堆then，必须自己在then的回调函数里面理清逻辑。

9、微任务

Promise 的回调函数属于异步任务，会在同步任务之后执行。

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(1);
}).then(console.log);

console.log(2);
// 2
// 1

上面代码会先输出2，再输出1。因为console.log(2)是同步任务，而then的回调函数属于异步任务，一定晚于同步任务执行。

但是，Promise 的回调函数不是正常的异步任务，而是微任务（microtask）。它们的区别在于，正常任务追加到下一轮事件循环，微任务追加到本轮事件循环。这意味着，微任务的执行时间一定早于正常任务。

setTimeout(function() {
  console.log(1);
}, 0);

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(2);
}).then(console.log);

console.log(3);
// 3
// 2
// 1

上面代码的输出结果是321。这说明then的回调函数的执行时间，早于setTimeout(fn, 0)。因为then是本轮事件循环执行，setTimeout(fn, 0)在下一轮事件循环开始时执行。

到此这篇关于Promise异步编程模式的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。