Promise: 异步编程的理解和使用
一、什么是 Promise
1.1 Promise 的背景介绍
Promise 最早出现在 1988 年，由 Barbara Liskov、Liuba Shrira 首创（论文：Promises: Linguistic Support for Efficient Asynchronous Procedure Calls in Distributed Systems）。并且在语言 MultiLisp 和 Concurrent Prolog 中已经有了类似的实现。
| 时间线 | 里程碑 |
|---|---|
| 1949 | 回调函数的概念诞生 |
| 1958 | 回调函数在 Fortran II 中应用 |
| 1988 | Promise 的概念诞生 |
| 1995 | JavaScript 诞生 |
| 2009 | JavaScript 的非官方 Promise 库 Q 诞生 |
| 2011 | jQuery 1.5 新增 Deferred() 方法 |
| 2015 | ECMAScript 官方添加了 Promise 特性 |
JavaScript 中，Promise 的流行是得益于 jQuery 的方法 jQuery.Deferred()，其他也有一些更精简独立的 Promise 库，例如：Q、When、Bluebird。
// Q/2009-2017
import Q from 'q'
function wantOdd () {
const defer = Q.defer()
const num = Math.floor(Math.random() * 10)
if (num % 2) {
defer.resolve(num)
} else {
defer.reject(num)
}
return defer.promise
}
wantOdd()
.then(num => {
console.log(`Success: ${num} is odd.`) // Success: 7 is odd.
})
.catch(num => {
console.log(`Fail: ${num} is not odd.`)
})
由于 jQuery 并没有严格按照规范来制定接口，促使了官方对 Promise 的实现标准进行了一系列重要的澄清，该实现规范被命名为 Promise/A+。后来 ES6（也叫 ES2015，2015 年 6 月正式发布）也在 Promise/A+ 的标准上官方实现了一个 Promise 接口。
new Promise( function(resolve, reject) {...} /* 执行器 */ )
想要实现一个 Promise，必须要遵循如下规则：
Promise是一个提供符合标准的then()方法的对象。- 初始状态是
pending，能够转换成fulfilled或rejected状态。 - 一旦
fulfilled或rejected状态确定，再也不能转换成其他状态。 - 一旦状态确定，必须要返回一个值，并且这个值是不可修改的。
ECMAScript’s Promise global is just one of many Promises/A+ implementations.
主流语言对于 Promise 的实现：Golang/promise、Python/promise、C#/Real-Serious-Games/c-sharp-promise、PHP/Guzzle Promises、Java/IOU、Objective-C/PromiseKit、Swift/FutureLib、Perl/stevan/promises-perl。
// Golang Example
func main() {
p1 := promise.New(func(resolve func(int), reject func(error)) {
factorial := findFactorial(20)
resolve(factorial)
})
p2 := promise.New(func(resolve func(string), reject func(error)) {
ip, err := fetchIP()
if err != nil {
reject(err)
return
}
resolve(ip)
})
factorial, _ := p1.Await()
fmt.Println(factorial)
IP, _ := p2.Await()
fmt.Println(IP)
}
// Other Code...
1.1.1 旨在解决的问题
由于 JavaScript 是单线程事件驱动的编程语言，通过回调函数管理多个任务。在快速迭代的开发中，因为回调函数的滥用，很容易产生被人所诟病的回调地狱问题。Promise 的异步编程解决方案比回调函数更加合理，可读性更强。
传说中比较夸张的回调：
现实业务中依赖关系比较强的回调：
// 回调函数
function renderPage() {
const secret = genSecret()
// 获取用户登录态
getUserToken({
secret,
success: token => {
// 获取游戏列表
getGameList({
token,
success: data => {
// 渲染游戏列表
render({
list: data.list,
success: () => {
// 埋点数据上报
report()
},
fail: err => {
console.error(err)
}
})
},
fail: err => {
console.error(err)
}
})
},
fail: err => {
console.error(err)
}
})
}
实际上更真实的情况，往往是一个回调函数在多个文件间透传，要搞清楚最终在哪里触发需要翻越整个项目。
使用 Promise 梳理流程后：
// Promise
function renderPage() {
const secret = genSecret()
// 获取用户登录态
getUserToken(token)
.then(token => {
// 获取游戏列表
return getGameList(token)
})
.then(data => {
// 渲染游戏列表
return render(data.list)
})
.then(() => {
// 埋点数据上报
report()
})
.catch(err => {
console.error(err)
})
}
若其中某个流程需要复用，单独把它抽离出来即可。
// 获取游戏列表
// 仅为示例，与实际业务无关
function getGameXYZ() {
const secret = genSecret()
// 获取用户登录态
return getUserToken(token)
.then(token => {
// 获取游戏列表
return getGameList(token)
})
}
// 渲染页面
function renderPage() {
getGameXYZ()
.then(data => {
// 渲染游戏列表
return render(data.list)
})
.then(() => {
// 埋点数据上报
report()
})
.catch(err => {
console.error(err)
})
}
// 其他场景
function doABC() {
getGameXYZ()
.then(data => {
// ...
})
.then(data => {
// ...
})
.catch(err => {
console.error(err)
})
}
1.2 实现一个超简易版的 Promise
Promise 的运转实际上是一个观察者模式，then() 中的匿名函数充当观察者，Promise 实例充当被观察者。
const p = new Promise(resolve => setTimeout(resolve.bind(null, 'from promise'), 3000))
p.then(console.log.bind(null, 1))
p.then(console.log.bind(null, 2))
p.then(console.log.bind(null, 3))
p.then(console.log.bind(null, 4))
p.then(console.log.bind(null, 5))
// 3 秒后
// 1 2 3 4 5 from promise
// 实现
const defer = () => {
let pending = [] // 充当状态并收集观察者
let value = undefined
return {
resolve: (_value) => { // FulFilled!
value = _value
if (pending) {
pending.forEach(callback => callback(value))
pending = undefined
}
},
then: (callback) => {
if (pending) {
pending.push(callback)
} else {
callback(value)
}
}
}
}
// 模拟
const mockPromise = () => {
let p = defer()
setTimeout(() => {
p.resolve('success!')
}, 3000)
return p
}
mockPromise().then(res => {
console.log(res)
})
console.log('script end')
// script end
// 3 秒后
// success!
二、Promise 怎么用
2.1 使用 Promise 异步编程
在 Promise 出现之前往往使用回调函数管理一些异步程序的状态。
// 常见的异步 Ajax 请求格式
ajax(url, successCallback, errorCallback)
Promise 出现后使用 then() 接收事件的状态，且只会接收一次。
案例：插件初始化
工作中使用封装好的插件时，往往需要等待插件初始化成功后进行下一步操作。
使用回调函数：
// 2. NPM
import PPlugin from 'PPlugin'
// ...
// 其他代码
// ...
PPlugin.init(data => {
console.log('初始化完成', data)
})
插件代码：
const PPlugin = {/* Pass */ }
// 此处为理想情况，随着业务快速迭代，会变得不可控，往往需要多个状态判断
let ppInitStatus = false
let ppInitCallback = null
PPlugin.init = callback => {
if (ppInitStatus) {
callback && callback(/* 数据 */)
} else {
ppInitCallback = callback
}
}
// 客户端桥接...
// 服务端接口...
// 经历了一系列同步异步程序后初始化完成
ppInitCallback && ppInitCallback(/* 数据 */)
ppInitStatus = true
使用 Promise：
插件代码：
const PPlugin = {/* Pass */ }
let initOk = null
const ppInitStatus = new Promise(resolve => initOk = resolve)
PPlugin.init = callback => {
ppInitStatus.then(callback).catch(console.error)
}
// 客户端桥接...
// 服务端接口...
// 经历了一系列同步异步程序后初始化完成
initOk(/* 数据 */)
相对于使用回调函数，逻辑更清晰，什么时候初始化完成和触发回调一目了然，不再需要重复判断状态和回调函数。当然更好的做法是只给使用方输出状态和数据，至于如何使用由使用方决定。
插件代码：
const PPlugin = {/* Pass */ }
let initOk = null
PPlugin.init = new Promise(resolve => initOk = resolve)
// 客户端桥接...
// 服务端接口...
// 经历了一系列同步异步程序后初始化完成
initOk(/* 数据 */)
使用插件：
2.2 链式调用
then() 必然返回一个 Promise 对象，Promise 对象又拥有一个 then() 方法，这正是 Promise 能够链式调用的原因。
const p = new Promise(r => r(1))
.then(res => {
console.log(res) // 1
return Promise.resolve(2)
.then(res => res + 10) // === new Promise(r => r(1))
.then(res => res + 10) // 由此可见，每次返回的是实例后面跟的最后一个 then
})
.then(res => {
console.log(res) // 22
return 3 // === Promise.resolve(3)
})
.then(res => {
console.log(res) // 3
})
.then(res => {
console.log(res) // undefined
return '最强王者'
})
p.then(console.log.bind(null, '是谁活到了最后:')) // 是谁活到了最后: 最强王者
由于返回一个 Promise 结构体永远返回的是链式调用的最后一个 then()，所以在处理封装好的 Promise 接口时没必要在外面再包一层 Promise。
// 包一层 Promise
function api() {
return new Promise((resolve, reject) => {
axios.get(/* 链接 */).then(data => {
// ...
// 经历了一系列数据处理
resolve(data.xxx)
})
})
}
// 更好的做法：利用链式调用
function api() {
return axios.get(/* 链接 */).then(data => {
// ...
// 经历了一系列数据处理
return data.xxx
})
}
2.3 管理多个 Promise 实例
Promise.all() / Promise.race() 可以将多个 Promise 实例包装成一个 Promise 实例，在处理并行的、没有依赖关系的请求时，能够节约大量的时间。
function wait(ms) {
return new Promise(resolve => setTimeout(resolve.bind(null, ms), ms))
}
// Promise.all
Promise.all([wait(2000), wait(4000), wait(3000)])
.then(console.log)
// 4 秒后 [ 2000, 4000, 3000 ]
// Promise.race
Promise.race([wait(2000), wait(4000), wait(3000)])
.then(console.log)
// 2 秒后 2000
2.4 Promise 和 async&await
async&await 实际上只是建立在 Promise 之上的语法糖，让异步代码看上去更像同步代码，所以 async&await 在 JavaScript 线程中是非阻塞的，但在当前函数作用域内具备阻塞性质。
let ok = null
async function foo() {
console.log(1)
console.log(await new Promise(resolve => ok = resolve))
console.log(3)
}
foo() // 1
ok(2) // 2 3
2.4.1 使用 async&await 的优势
2.4.1.1 简洁干净
写更少的代码，不需要特地创建一个匿名函数，放入 then() 方法中等待一个响应。
// Promise
function getUserInfo() {
return getData().then(
data => {
return data
}
)
}
// async / await
async function getUserInfo() {
return await getData()
}
2.4.1.2 处理条件语句
当一个异步返回值是另一段逻辑的判断条件，链式调用将随着层级的叠加变得更加复杂，很容易让人混淆。使用 async&await 将使代码可读性变得更好。
// Promise
function getGameInfo() {
getUserAbValue().then(
abValue => {
if (abValue === 1) {
return getAInfo().then(
data => {
// ...
}
)
} else {
return getBInfo().then(
data => {
// ...
}
)
}
}
)
}
// async / await
async function getGameInfo() {
const abValue = await getUserAbValue()
if (abValue === 1) {
const data = await getAInfo()
// ...
} else {
// ...
}
}
2.4.1.3 处理中间值
异步函数常常存在一些异步返回值，作用仅限于成为下一段逻辑的入场券，如果经历层层链式调用，很容易成为另一种形式的“回调地狱”。
// Promise
function getGameInfo() {
getToken().then(
token => {
getLevel(token).then(
level => {
getInfo(token, level).then(
data => {
// ...
}
)
}
)
}
)
}
// async / await
async function getGameInfo() {
const token = await getToken()
const level = await getLevel(token)
const data = await getInfo(token, level)
// ...
}
对于多个异步返回中间值，搭配 Promise.all 使用能够提升逻辑性和性能。
// async / await & Promise.all
async function foo() {
// ...
const [a, b, c] = await Promise.all([promiseFnA(), promiseFnB(), promiseFnC()])
const d = await promiseFnD()
// ...
}
2.4.1.4 靠谱的 await
await 'str' 等于 await Promise.resolve('str')，await 会把任何不是 Promise 的值包装成 Promise，看起来貌似没有什么用，但是在处理第三方接口的时候可以 “Hold” 住同步和异步返回值，否则对一个非 Promise 返回值使用 then() 链式调用则会报错。
2.4.2 避免滥用 async&await
await 阻塞 async 函数中的代码执行，在上下文关联性不强的代码中略显累赘。
// async / await
async function initGame() {
render(await getGame()) // 等待获取游戏执行完毕再去获取用户信息
report(await getUserInfo())
}
// Promise
function initGame() {
getGame()
.then(render)
.catch(console.error)
getUserInfo() // 获取用户信息和获取游戏同步进行
.then(report)
.catch(console.error)
}
2.4.3 ES2021 新特性：Top-level await
Node.js 14+ 版本后，可以在 JavaScript module 中使用 await 操作符。在这之前，只能通过在 async 声明的场景中使用 await 操作符。
MDN 官方案例：
// fetch request
const colors = fetch('../data/colors.json')
.then((response) => response.json())
export default await colors
2.5 错误处理
1. 链式调用中尽量结尾跟 catch 捕获错误，而不是第二个匿名函数。因为规范里注明了若 then() 方法里面的参数不是函数则什么都不做，所以 catch(rejectionFn) 其实就是 then(null, rejectionFn) 的别名。
anAsyncFn().then(
resolveSuccess, // 无法捕获
rejectError // `rejectError` 捕获 `anAsyncFn`
)
↑在以上代码中，anAsyncFn() 抛出来的错误 rejectError 会正常接住，但是 resolveSuccess 抛出来的错误将无法捕获，所以更好的做法是永远使用 catch。
anAsyncFn()
.then(resolveSuccess)
.catch(rejectError) // 尽量使用 `catch`
若想错误管理精细一点，也可以通过 rejectError 来捕获 anAsyncFn() 的错误，catch 捕获 resolveSuccess 的错误。
anAsyncFn()
.then(
resolveSuccess,
rejectError // 捕获 `anAsyncFn()`
)
.catch(handleError) // 捕获 `resolveSuccess`
2. 通过全局属性监听未被处理的 Promise 错误。
浏览器环境（window）的拒绝状态监听事件：
unhandledrejection当 Promise 被拒绝，并且没有提供拒绝处理程序时，触发该事件。rejectionhandled当 Promise 被拒绝时，若拒绝处理程序被调用，触发该事件。
// 初始化列表
const unhandledRejections = new Map()
// 监听未处理拒绝状态
window.addEventListener('unhandledrejection', e => {
unhandledRejections.set(e.promise, e.reason)
})
// 监听已处理拒绝状态
window.addEventListener('rejectionhandled', e => {
unhandledRejections.delete(e.promise)
})
// 循环处理拒绝状态
setInterval(() => {
unhandledRejections.forEach((reason, promise) => {
console.log('handle: ', reason.message)
promise.catch(e => {
console.log(`I catch u!`, e.message)
})
})
unhandledRejections.clear()
}, 5000)
注意：Promise.reject() 和 new Promise((resolve, reject) => reject()) 这种方式不能直接触发 unhandledrejection 事件，必须是满足已经进行了 then() 链式调用的 Promise 对象才行。
2.6 取消一个 Promise
当执行一个超级久的异步请求时，若超过了能够忍受的最大时长，往往需要取消此次请求，但是 Promise 并没有类似于 cancel() 的取消方法，想结束一个 Promise 只能通过 resolve 或 reject 来改变其状态，社区已经有了满足此需求的开源库 Speculation。
或者利用 Promise.race() 的机制来同时注入一个会超时的异步函数，但是 Promise.race() 结束后主程序其实还在 pending 中，占用的资源并没有释放。
Promise.race([anAsyncFn(), timeout(5000)])
2.7 迭代器的应用
若想按顺序执行一堆异步程序，可使用 reduce。每次遍历返回一个 Promise 对象，在下一轮 await 住从而依次执行。相同的场景，也可以使用递归实现，但是在 JavaScript 中随着数量增加，超出调用栈最大次数，便会报错。
function wasteTime(ms) {
return new Promise(resolve => setTimeout(() => {
resolve(ms)
console.log('waste', ms)
}, ms))
}
// 依次浪费 3 4 5 3 秒 === 15 秒
const arr = [3000, 4000, 5000, 3000]
arr.reduce(async (last, curr) => {
await last
return wasteTime(curr)
}, undefined)
三、总结
- 每当要使用异步代码时，请考虑使用
Promise。 Promise中所有方法的返回类型都是Promise。Promise中的状态改变是一次性的，建议在reject()方法中传递Error对象。- 尽量为所有的
Promise添加then()和catch()方法。 - 使用
Promise.all()去运行多个Promise。 - 倘若想在
then()或catch()后都做点什么，可使用finally()。 - 可以将多个
then()挂载在同一个Promise上。 async（异步）函数返回一个Promise，所有返回Promise的函数也可以被视作一个异步函数。await用于调用异步函数，直到其状态改变（fulfilledorrejected）。- 使用
async/await时要考虑上下文的依赖性，避免造成不必要的阻塞。
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（完）