你可能知道,Javascript语言的执行环境是"单线程"(single thread)。
所谓"单线程",就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务,就必须排队,前面一个任务完成,再执行后面一个任务,以此类推。
这种模式的好处是实现起来比较简单,执行环境相对单纯;坏处是只要有一个任务耗时很长,后面的任务都必须排队等着,会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应(假死),往往就是因为某一段Javascript代码长时间运行(比如死循环),导致整个页面卡在这个地方,其他任务无法执行。
为了解决这个问题,Javascript语言将任务的执行模式分成两种:同步(Synchronous)和异步(Asynchronous)。
"同步模式"就是上一段的模式,后一个任务等待前一个任务结束,然后再执行,程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的;"异步模式"则完全不同,每一个任务有一个或多个回调函数(callback),前一个任务结束后,不是执行后一个任务,而是执行回调函数,后一个任务则是不等前一个任务结束就执行,所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。
"异步模式"非常重要。在浏览器端,耗时很长的操作都应该异步执行,避免浏览器失去响应,最好的例子就是Ajax操作。在服务器端,"异步模式"甚至是唯一的模式,因为执行环境是单线程的,如果允许同步执行所有http请求,服务器性能会急剧下降,很快就会失去响应。
本文总结了"异步模式"编程的4种方法,理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。
一、回调函数
这是异步编程最基本的方法。
假定有两个函数f1和f2,后者等待前者的执行结果。
f1();
f2();
如果f1是一个很耗时的任务,可以考虑改写f1,把f2写成f1的回调函数。
function f1(callback){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
callback();
}, 1000);
}
执行代码就变成下面这样:
f1(f2);
采用这种方式,我们把同步操作变成了异步操作,f1不会堵塞程序运行,相当于先执行程序的主要逻辑,将耗时的操作推迟执行。
回调函数的优点是简单、容易理解和部署,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),流程会很混乱,而且每个任务只能指定一个回调函数。
二、事件监听
另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序,而取决于某个事件是否发生。
还是以f1和f2为例。首先,为f1绑定一个事件(这里采用的jQuery的写法)。
f1.on('done', f2);
上面这行代码的意思是,当f1发生done事件,就执行f2。然后,对f1进行改写:
function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
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。
三、发布/订阅
上一节的"事件",完全可以理解成"信号"。
我们假定,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)。
这个模式有多种实现,下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub,这是jQuery的一个插件。
首先,f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。
jQuery.subscribe("done", f2);
然后,f1进行如下改写:
function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
jQuery.publish("done");
}, 1000);
}
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。
此外,f2完成执行后,也可以取消订阅(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。因为我们可以通过查看"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。
四、Promises对象
Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范,目的是为异步编程提供统一接口。
简单说,它的思想是,每一个异步任务返回一个Promise对象,该对象有一个then方法,允许指定回调函数。比如,f1的回调函数f2,可以写成:
f1().then(f2);
f1要进行如下改写(这里使用的是jQuery的实现):
function f1(){
var dfd = $.Deferred();
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
dfd.resolve();
}, 500);
return dfd.promise;
}
这样写的优点在于,回调函数变成了链式写法,程序的流程可以看得很清楚,而且有一整套的配套方法,可以实现许多强大的功能。
比如,指定多个回调函数:
f1().then(f2).then(f3);
再比如,指定发生错误时的回调函数:
f1().then(f2).fail(f3);
而且,它还有一个前面三种方法都没有的好处:如果一个任务已经完成,再添加回调函数,该回调函数会立即执行。所以,你不用担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点就是编写和理解,都相对比较难。
五、参考链接
* Asynchronous JS: Callbacks, Listeners, Control Flow Libs and Promises
(完)
小铱 说:
特别推荐一下国产的continuation.js,可以将复杂的回调函数展平。
https://github.com/BYVoid/continuation
回调函数的方法,会遇到“回调金字塔”的问题,比如
而是用continuation.js就可以这样写
2012年12月21日 18:05 | 档案 | 引用
hafeyang 说:
事件监听 和发布/订阅 内部实现,原理是一样的。发布/订阅其实也是事件。
2012年12月21日 21:09 | 档案 | 引用
陈计节 说:
在 Node.js 的开发中,由于逻辑分层所致,会出现多层回调。易于引发异常处理混乱、闭包过于复杂、代码难以维护等问题。
没有了解过 continuation.js 项目,不过国内 Jeffery Zhao 的项目 Jscex 做了一项有意思的事,就是使用一定的技巧将异步后续步骤的蹩脚语法整理成常见方式。
项目开源地址:https://github.com/JeffreyZhao/jscex
2012年12月21日 22:40 | 档案 | 引用
RedNax 说:
Jscex现在已经改名为windjs。continuation.js和那个有点相似,都是基于js解析编译的新语法。这种方法虽然很酷不过是在难以让人放心,想不起来还是promise和async.js这种平坦化方式更让人放心一点。
2012年12月22日 02:37 | 档案 | 引用
lixiong 说:
你的配图并不十分准确. 配图里面是同步无并发执行和并发执行的区别. 在JavaScript中, 是无法进行并发执行的. 所有的例子中, 没有任何两个函数或者两段代码是同时执行的.
JavaScript可以通过快速的异步执行切换来模拟并发.
2012年12月22日 03:47 | 档案 | 引用
RedNax 说:
2012年12月22日 09:16 | 档案 | 引用
阮一峰 说:
@lixiong:
配图改过了,现在应该准确一点了。
2012年12月22日 11:58 | 档案 | 引用
ifree 说:
第二种不一定比第三种好或者差,当订阅者到达一定数量时发布中心承受的压力是需要考虑的,全局消息充斥整个程序也见得很好
2012年12月22日 23:24 | 档案 | 引用
小涛 说:
异步的实现就是用定时器函数改变代码的执行顺序吗?
2012年12月23日 21:32 | 档案 | 引用
July 说:
是的,自定义事件和发布/订阅模式的实现代码一模一样,只不过换了个叫法而已,
《JavaScript程序员参考手册》中就有相关实现的代码。
2012年12月25日 11:03 | 档案 | 引用
jlake 说:
这篇文章不错,浅显易懂。
实际上用任何语言进行异步处理都要面临相同的问题。原理才是重要的。
2012年12月25日 15:43 | 档案 | 引用
电玩 说:
发布/订阅模式,还能携带参数和返回值。
var invokeMapping = {}, addInvokeListener = function addInvokeListener (opCode, func) {
(invokeMapping[opCode] = invokeMapping[opCode] || []).push(func);
}, invokeAndWait = function invokeAndWait (opCode, inParam, outParam) {
var listeners = invokeMapping[opCode];
if (listeners) {
listeners.forEach(function (func, index) {
func(inParam, outParam);
});
}
};
//使用方法:
addInvokeListener("hello", function (inParam, outParam) {
alert(inParam);
outParam.result = "success";
});
var ret = {};
invokeAndWait("hello", "hello world", ret);
alert(ret.result); // 输出success
2012年12月25日 18:21 | 档案 | 引用
wordgold 说:
这只是异步编程,并不是异步执行,
我的理解,javascript应该只有单线程,即使使用了异步编程,在执行层面上还是一步一步执行的,只是会随时有插队的而已
2012年12月25日 19:17 | 档案 | 引用
redhacker 说:
在一个系统中有多个被监听对象时,订阅/发布(观察者模式)确实比监听模式可以集中管理事件处理,事件的触发也可以做成统一模型,程序的结构更加清晰。
不管怎样,观察者模式是监听模式的高级演进版,监听模式是基础。
当需要监听的对象只有一两个时,就没有必要再使用观察者模式了,使用反而增加了系统的复杂度。
根据java jdk的api,监听模式至少要实现两个接口java.util.EventListener和java.util.Event,Event的构造函数里有一个保留事件发生点的钩子(对象),用于在监听对象里回调钩子相关的东西。
2012年12月27日 10:16 | 档案 | 引用
redhacker 说:
我看作者给出的例子都比较简单,这里给出js监听模式的具体实现,仅供大家讨论。
执行结果是:
2012年12月27日 10:16 | 档案 | 引用
程序员老A 说:
我自认为是个经验比较丰富的web开发人员,但是一般情况下用setTimeout就完了。没发现平时的开发中需要这么复杂的异步操作。
其实异步也是用ajax比较多,ajax是你阐述的异步编程中的一种吗。
2012年12月30日 08:38 | 档案 | 引用
爱国者 说:
我来分享一个自己实现的基于事件驱动的单线程异步框架 :http://www.oschina.net/code/snippet_103999_14286
欢迎拍砖
2013年1月 5日 00:15 | 档案 | 引用
爱国者 说:
异步编程的关键是切分任务,并且保证每个任务足够小,执行得足够快。注意,任务能被快速执行是关键中的关键。因为在单线程环境中,只要有一个任务的执行时间稍长,就会导致排在后面的任务被延后。
楼主提到将
f1();
f2();
改成
function f1(callback){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
callback();
}, 1000);
}
便不会阻塞程序的执行的说法有失偏颇。
因为当执行f1的任务代码时, setTimeout的回调函数:
function(){
// f1的任务代码
callback();
}
会独占当前的执行线程, 直至执行完毕;除非虚拟机(或运行时)允许基于单线程的多任务(函数)抢占式调度(即一个函数执行了一半时被中断,切换到另一个函数中执行)。至少目前nodejs不支持所谓的基于单线程的多任务(函数)抢占式调度
个人认为,不管是上述哪四种方式来实现异步,原理都是一样的。那就是有一个任务队列存放待执行的任务,一个工作线程不断从任务队列中取出任务然后执行;另外还需要一个事件监控线程来捕捉事件并把事件封装成新的任务放入任务队列中。
2013年1月 5日 00:50 | 档案 | 引用
korall 说:
js 的异步其更多的是为了和界面UI 的分时,所以尽量将任务切割为细粒度的小任务,每次执行完一段小任务只耗费一段足够小的时间然后让出时间给UI,这样UI就不会卡死。如果任务切割得不好,任务段仍然耗时长,那么无论使什么花样,一样卡死UI。因为js的异步实现不了真正并行。
2013年1月 5日 14:38 | 档案 | 引用
路人 说:
我用IE9 查看你的主页时,里面的链接一个都不能点击;刷新了几次仍然不能点击,换成火狐浏览器 就一切正常了。
2013年1月 9日 16:27 | 档案 | 引用
阮一峰 说:
@路人:
我都没发觉……这是因为加了雪花特效,现在取消了。
2013年1月 9日 18:26 | 档案 | 引用
consatan 说:
其实还是单线程执行,只是改变了顺序,将执行时间长的代码片断(假设为片断A)给延迟执行了
但...如果某个函数的执行必须基于这个片断A的执行结果,那异步编程也就无意义了
2013年1月15日 15:49 | 档案 | 引用
Evan 说:
你好阮老师:
1.回调函数,如下这么写难道不是等“f1的任务代码”执行完再执行callback()吗?
这还是同步呀。
f1(f2);
function f1(callback){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
callback();
}, 1000);
}
2013年3月 7日 14:28 | 档案 | 引用
larz 说:
to Evan
"同步或异步"要从调用方来判断。
同步函数返回表示工作已完成或发生异常,接下来依赖此结果的的代码被调用方继续执行。
异步函数返回表示工作已发布出去,什么时候完成不知道,接下来的代码无法依赖一个未知的结果,所以要传入一个回调在完成后处理。
2013年3月 9日 15:52 | 档案 | 引用