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JavaScript 特性
JavaScript 属于单线程语言，即在同一时间，只能执行一个任务。在执行任务时，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。
当我们向后台发送一个请求时，主线程读取“向后台发送请求”这个事件并执行之后，到获取后台返回的数据这一过程会有段时间间隔，这时 CPU 处于空闲阶段，直到获取数据后再继续执行后面的任务，这就降低了用户体验度，使得页面加载变慢。于是，所有任务可以分成两种：同步任务和异步任务。
同步任务：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：不进入主线程、而进入 ” 任务队列 ”（task queue）的任务，只有 ” 任务队列 ” 通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。
只要主线程空了，就会去读取 ” 任务队列 ”，这就是 JavaScript 的运行机制，这个过程会不断重复。” 任务队列 ” 是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），IO 设备完成一项任务，就在 ” 任务队列 ” 中添加一个事件，表示相关的异步任务可以进入 ” 执行栈 ” 了。主线程从 ” 任务队列 ” 中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为 Event Loop（事件循环）。
JavaScript 异步实现的 5 种方式
1. callback（回调函数）
回调函数，也被称为高阶函数，是一个被作为参数传递给另一个函数并在该函数中被调用的函数。看一个在 JQuery 中简单普遍的例子：
// 注意: click 方法是一个函数而不是变量
$(“#button”).click(function() {
alert(“Button Clicked”);
});
可以看到，上述例子将一个函数作为参数传递给了 click 方法，click 方法会调用该函数，这是 JavaScript 中回调函数的典型用法，它在 jQuery 中广泛被使用。它不会立即执行，因为我们没有在后面加()，而是在点击事件发生时才会执行。
比如，我们要下载一个 gif，但是不希望在下载的时候阻断其他程序，可以实现如下：
downloadPhoto(‘http://coolcats.com/cat.gif’, handlePhoto)
function handlePhoto (error, photo) {
if (error) {
console.error(‘Download error!’, error)；
} else {
console.log(‘Download finished’, photo)；
}
}
console.log(‘Download started’)
首先声明 handlePhoto 函数，然后调用 downloadPhoto 函数并传递 handlePhoto 作为其回调函数，最后打印出“Download started”。请注意，handlePhoto 尚未被调用, 它只是被创建并作为回调传入 downloadPhoto。但直到 downloadPhoto 完成其任务后才能运行，这可能需要很长时间，具体取决于 Internet 连接的速度，所以运行代码后，会先打印出 Download started。
这个例子是为了说明两个重要的概念：
handlePhoto 回调只是稍后存储一些事情的一种方式；
事情发生的顺序不是从顶部到底部读取，而是基于事情完成时跳转；
1. callback hell（回调地狱）
var fs = require(‘fs’);
/**
* 如果三个异步 api 操作的话 无法保证他们的执行顺序
* 我们在每个操作后用回调函数就可以保证执行顺序
*/
fs.readFile(‘./data1.json’, ‘utf8’, function(err, data){
if (err) {
throw err;
} else {
console.log(data);
fs.readFile(‘./data2.json’, ‘utf8’, function(err, data){
if (err) {
throw err;
} else {
console.log(data)
fs.readFile(‘./data3.json’, ‘utf8’, function(err, data){
if (err) {
throw err;
} else {
console.log(data);
}
})
}
})
}
})
有没有看到这些以 ”})” 结尾的金字塔结构？由于回调函数是异步的，在上面的代码中每一层的回调函数都需要依赖上一层的回调执行完，所以形成了层层嵌套的关系最终形成类似上面的回调地狱。
2. 代码层面解决回调地狱
1. 保持代码简短
var form = document.querySelector(‘form’)
form.onsubmit = function formSubmit (submitEvent) {
var name = document.querySelector(‘input’).value
request({
uri: “http://example.com/upload”,
body: name,
method: “POST”
}, function postResponse (err, response, body) {
var statusMessage = document.querySelector(‘.status’)
if (err) return statusMessage.value = err
statusMessage.value = body
})
}
可以看到，上面的代码给两个函数加了描述性功能名称，使代码更容易阅读，当发生异常时, 你将获得引用实际函数名称而不是“匿名”的堆栈跟踪。
现在我们可以将这些功能移到我们程序的顶层：
document.querySelector(‘form’).onsubmit = formSubmit;
function formSubmit (submitEvent) {
var name = document.querySelector(‘input’).value;
request({
uri: “http://example.com/upload”,
body: name,
method: “POST”
}, postResponse);
}
function postResponse (err, response, body) {
var statusMessage = document.querySelector(‘.status’);
if (err) return statusMessage.value = err;
statusMessage.value = body;
}
重新整改代码结构之后，可以清晰的看到这段函数的功能。
2. 模块化
从上面取出样板代码, 并将其分成几个文件，将其转换为模块。这是一个名为 formuploader.js 的新文件，它包含了之前的两个函数：
module.exports.submit = formSubmit;
function formSubmit (submitEvent) {
var name = document.querySelector(‘input’).value;
request({
uri: “http://example.com/upload”,
body: name,
method: “POST”
}, postResponse)
}
function postResponse (err, response, body) {
var statusMessage = document.querySelector(‘.status’);
if (err) return statusMessage.value = err;
statusMessage.value = body;
}
把它们 exports 后，在应用程序中引入并使用，这就使得代码更加简洁易懂了：
var formUploader = require(‘formuploader’);
document.querySelector(‘form’).onsubmit = formUploader.submit;
3. error first
处理每一处错误，并且回调的第一个参数始终保留用于错误：
var fs = require(‘fs’)
fs.readFile(‘/Does/not/exist’, handleFile);
function handleFile (error, file) {
if (error) return console.error(‘Uhoh, there was an error’, error);
// otherwise, continue on and use `file` in your code;
}
有第一个参数是错误是一个简单的惯例，鼓励你记住处理你的错误。如果它是第二个参数，会更容易忽略错误。
除了上述代码层面的解决方法，还可以使用以下更高级的方法，也是另外 4 种实现异步的方法。但是请记住，回调是 JavaScript 的基本组成部分（因为它们只是函数），在学习更先进的语言特性之前学习如何读写它们，因为它们都依赖于对回调。
2. 发布订阅模式
订阅者把自己想订阅的事件注册到调度中心，当该事件触发时候，发布者发布该事件到调度中心（顺带上下文），由调度中心统一调度订阅者注册到调度中心的处理代码。
比如有个界面是实时显示天气，它就订阅天气事件（注册到调度中心，包括处理程序），当天气变化时（定时获取数据），就作为发布者发布天气信息到调度中心，调度中心就调度订阅者的天气处理程序。简单来说，发布订阅模式，有一个事件池，用来给你订阅 (注册) 事件，当你订阅的事件发生时就会通知你，然后你就可以去处理此事件。
使用发布订阅模式，来修改 Ajax：
xhr.onreadystatechange = function () {// 监听事件
if (this.readyState === 4) {
if (this.status === 200) {
switch (dataType) {
case ‘json’: {
Event.emit(‘data ‘+method,JSON.parse(this.responseText)); // 触发事件
break;
}
case ‘text’: {
Event.emit(‘data ‘+method,this.responseText);
break;
}
case ‘xml’: {
Event.emit(‘data ‘+method,this.responseXML);
break;
}
default: {
break;
}
}
}
}
}
3. Promise
ES6 将 Promise 写进了语言标准，统一了用法，原生提供了 Promise 对象。Promise，简单说就是一个容器，里面保存着一个异步操作的结果。从语法上说，Promise 是一个对象，从它可以获取异步操作的消息。
Promise 有 3 种状态：pending（进行中）、fulfilled（成功）、rejected（失败）。
Promise 很重要的两个特点：
状态不受外界影响；只有异步操作的结果，可以决定当前是哪一种状态，任何其他操作都无法改变这个状态。
一旦状态改变，就不会再变，任何时候都可以得到这个结果；Promise 对象的状态改变，只有两种可能：从 pending 变为 fulfilled 和从 pending 变为 rejected。只要这两种情况发生，状态就凝固了，不会再变了，会一直保持这个结果，这时就称为 resolved（已定型）。
1. 基本用法
const p = new Promise((resolve,reject) => {
// resolve 在异步操作成功时调用
resolve(‘success’);
// reject 在异步操作失败时调用
reject(‘error’);
});
p.then(result => {
console.log(result);
});
p.catch(result => {
console.log(result);
})
ES6 规定，Promise 对象是一个构造函数，用来生成 Promise 实例。new 一个 Promise 实例时，这个对象的起始状态就是 Pending 状态，再根据 resolve 或 reject 返回 Fulfilled 状态 / Rejected 状态。
2. Promise.prototype.then()
前面可以看到，Promise 实例具有 then 方法，所以 then 方法是定义在原型对象 Promise.prototype 上的，它的作用是为 Promise 实例添加状态改变时的回调函数。
then 方法返回的是一个新的 Promise 实例，因此 then 可以采用链式写法:
getJSON(“/posts.json”).then(function(json) {
return json.post;
}).then(function(post) {
// …
});
3. Promise.prototype.catch()
Promise.prototype.catch 方法是.then(null, rejection)或.then(undefined, rejection)的别名，用于指定发生错误时的回调函数。
getJSON(‘/posts.json’).then(function(posts) {
// …
}).catch(function(error) {
// 处理 getJSON 和 前一个回调函数运行时发生的错误
console.log(‘ 发生错误！’, error);
});
4. Promise.all()
Promise.all 方法用于将多个 Promise 实例，包装成一个新的 Promise 实例。
const p = Promise.all([p1, p2, p3]);
上面代码中，p 的状态由 p1、p2、p3 决定，分成两种情况:
只有 p1、p2、p3 的状态都变成 fulfilled，p 的状态才会变成 fulfilled，此时 p1、p2、p3 的返回值组成一个数组，传递给 p 的回调函数。
只要 p1、p2、p3 之中有一个被 rejected，p 的状态就变成 rejected，此时第一个被 reject 的实例的返回值，会传递给 p 的回调函数。
5. Promise.race()
Promise.race 方法同样是将多个 Promise 实例，包装成一个新的 Promise 实例。不同的是，race()接受的对象中，哪个对象返回快就返回哪个对象，如果指定时间内没有获得结果，就将 Promise 的状态变为 reject。
const p = Promise.race([
fetch(‘/resource-that-may-take-a-while’),
new Promise(function (resolve, reject) {
setTimeout(() => reject(new Error(‘request timeout’)), 5000)
})
]);
p
.then(console.log)
.catch(console.error);
上面代码中，如果 5 秒之内 fetch 方法无法返回结果，变量 p 的状态就会变为 rejected，从而触发 catch 方法指定的回调函数。
6. Promise.resolve()
Promise.resolve(‘foo’)
// 等价于
new Promise(resolve => resolve(‘foo’))
7. Promise.reject()
const p = Promise.reject(‘ 出错了 ’);
// 等同于
const p = new Promise((resolve, reject) => reject(‘ 出错了 ’))
p.then(null, function (s) {
console.log(s)
});
// 出错了
下面是一个用 Promise 对象实现的 Ajax 操作的例子：
const getJSON = function(url) {
const promise = new Promise(function(resolve, reject){
const handler = function() {
if (this.readyState !== 4) {
return;
}
if (this.status === 200) {
resolve(this.response);
} else {
reject(new Error(this.statusText));
}
};
const client = new XMLHttpRequest();
client.open(“GET”, url);
client.onreadystatechange = handler;
client.responseType = “json”;
client.setRequestHeader(“Accept”, “application/json”);
client.send();
});
return promise;
};
getJSON(“/posts.json”).then(function(json) {
console.log(‘Contents: ‘ + json);
}, function(error) {
console.error(‘ 出错了 ’, error);
});
8. callbackify & promisify
Node 8 提供了两个工具函数 util.promisify、util.callbackify 用于在回调函数和 Promise 之间做方便的切换，我们也可以用 JavaScript 代码来实现一下。
1. promisify：把 callback 转化为 promise
function promisify(fn_callback) {// 接收一个有回调函数的函数, 回调函数一般在最后一个参数
if(typeof fn_callback !== ‘function’) throw new Error(‘The argument must be of type Function.’);
// 返回一个函数
return function (…args) {
// 返回 Promise 对象
return new Promise((resolve, reject) => {
try {
if(args.length > fn_callback.length) reject(new Error(‘arguments too much.’));
fn_callback.call(this,…args,function (…args) {
//nodejs 的回调，第一个参数为 err, Error 对象
args[0] && args[0] instanceof Error && reject(args[0]);
// 除去 undefined,null 参数
args = args.filter(v => v !== undefined && v !== null);
resolve(args);
}.bind(this)); // 保证 this 还是原来的 this
} catch (e) {
reject(e)
}
})
}
}
2. callbackify：promise 转换为 callback
function callbackify(fn_promise) {
if(typeof fn_promise !== ‘function’) throw new Error(‘The argument must be of type Function.’);
return function (…args) {
// 返回一个函数 最后一个参数是回调
let callback = args.pop();
if(typeof callback !== ‘function’) throw new Error(‘The last argument must be of type Function.’);
if(fn_promise() instanceof Promise){
fn_promise(args).then(data => {
// 回调执行
callback(null,data)
}).catch(err => {
// 回调执行
callback(err,null)
})
}else{
throw new Error(‘function must be return a Promise object’);
}
}
}
个人而言，最好直接把代码改成 promise 形式的，而不是对已有的 callback 加上这个中间层，因为其实改动的成本差不多。但总有各种各样的情况，比如，你的回调函数已经有很多地方使用了，牵一发而动全身，这时这个中间层还是比较有用的。
4. generator（生成器）函数
Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案，通过 yield 标识位和 next()方法调用，实现函数的分段执行。
1. next()方法
先从下面的例子看一下 Generator 函数是怎么定义和运行的。
function *gen() {
yield “hello”;
yield “generator”;
return;
}
gen(); // 没有输出结果
var g = gen();
console.log(g.next()); // {value: ‘hello’, done: false}
console.log(g.next()); // {value: ‘generator’, done: false}
console.log(g.next()); // {value: ‘undefined’, done: true}
从上面可以看到，Generator 函数定义时要带 *，在直接执行 gen()时，没有像普通的函数一样，输出结果，而是通过调用 next()方法得到了结果。
这个例子中我们引入了 yield 关键字，分析下这个执行过程：
创建了 g 对象，指向 gen 的句柄
第一次调用 next()，执行到 yield hello，暂缓执行，并返回了 hello
第二次调用 next()，继续上一次的执行，执行到 yield generator, 暂缓执行，并返回了 generator
第三次调用 next(), 直接执行 return，并返回 done:true，表明结束。
经过上面的分析，yield 实际就是暂缓执行的标示，每执行一次 next()，相当于指针移动到下一个 yield 位置。next()方法返回的结果是个对象，对象里面的 value 是运行结果，done 表示是否运行完成。
2. throw()方法
throw()方法在函数体外抛出一个错误，然后在函数体内捕获。
function *gen1() {
try{
yield;
} catch(e) {
console.log(‘ 内部捕获 ’)
}
}
let g1 = gen1();
g1.next();
g1.throw(new Error());
3. return()方法
return()方法返回给定值，并终结生成器，在 return 后面的 yield 不会再被执行。
function *gen2(){
yield 1;
yield 2;
yield 3;
}
let g2 = gen2();
g2.next(); // { value:1, done:false}
g2.return(); // { value:undefined, done:true}
g2.next(); // { value:undefined, done:true}
5. Promise + async & await
在 ES2017 中，提供了 async / await 两个关键字来实现异步，是异步编程的最高境界，就是根本不用关心它是否是异步，很多人认为它是异步编程的终极解决方案。async / await 寄生于 Promise，本质上还是基于 Generator 函数，可以说是 Generator 函数的语法糖，async 用于申明一个 function 是异步的，而 await 可以认为是 async wait 的简写，等待一个异步方法执行完成。
async function demo() {
let result = await Promise.resolve(123);
console.log(result);
}
demo();
async 函数返回的是一个 Promise 对象，在上述例子中，表示 demo 是一个 async 函数，await 只能用在 async 函数里面，表示等待 Promise 返回结果后，再继续执行，await 后面应该跟着 Promise 对象（当然，跟着其他返回值也没关系，只是会立即执行，这样就没有意义了）。
Promise 虽然一方面解决了 callback 的回调地狱，但是相对的把回调“纵向发展”了，形成了一个回调链：
function sleep(wait) {
return new Promise((res,rej) => {
setTimeout(() => {
res(wait);
},wait);
});
}
/*
let p1 = sleep(100);
let p2 = sleep(200);
let p =*/
sleep(100).then(result => {
return sleep(result + 100);
}).then(result02 => {
return sleep(result02 + 100);
}).then(result03 => {
console.log(result03);
})
将上述代码改成 async/await 写法：
async function demo() {
let result01 = await sleep(100);
// 上一个 await 执行之后才会执行下一句
let result02 = await sleep(result01 + 100);
let result03 = await sleep(result02 + 100);
// console.log(result03);
return result03;
}
demo().then(result => {
console.log(result);
});
因为 async 返回的也是 promise 对象，所以用 then 接收就行了。
如果是 reject 状态，可以用 try-catch 捕捉：
let p = new Promise((resolve,reject) => {
setTimeout(() => {
reject(‘error’);
},1000);
});
async function demo(params) {
try {
let result = await p;
} catch(e) {
console.log(e);
}
}
demo();
这是基本的错误处理，但是当内部出现一些错误时，和 Promise 有点类似，demo()函数不会报错，还是需要 catch 回调捕捉，这就是内部的错误被“静默”处理了。
let p = new Promise((resolve,reject) => {
setTimeout(() => {
reject(‘error’);
},1000);
});
async function demo(params) {
// try {
let result = name;
// } catch(e) {
// console.log(e);
// }
}
demo().catch((err) => {
console.log(err);
})
最后，总结一下 JavaScript 实现异步的 5 种方式的优缺点：
回调函数：写起来方便，但是过多的回调会产生回调地狱，代码横向扩展，不易于维护和理解。
发布订阅模式：方便管理和修改事件，不同的事件对应不同的回调，但是容易产生一些命名冲突的问题，事件到处触发，可能代码可读性不好。
Promise 对象：通过 then 方法来替代掉回调，解决了回调产生的参数不容易确定的问题，但是相对的把回调“纵向发展”了，形成了一个回调链。
Generator 函数：确实很好的解决了 JavaScript 中异步的问题，但是得依赖执行器函数。
async/await：这可能是 javascript 中，解决异步的最好的方式了，让异步代码写起来跟同步代码一样，可读性和维护性都上来了。
