一、异步编程

1、异步的概念

异步（Asynchronous, async）是与同步（Synchronous, sync）相对的概念。

在我们学习的传统单线程编程中，程序的运行是同步的（同步不意味着所有步骤同时运行，而是指步骤在一个控制流序列中按顺序执行）。而异步的概念则是不保证同步的概念，也就是说，一个异步过程的执行将不再与原有的序列有顺序关系。
简单来理解就是：同步按你的代码顺序执行，异步不按照代码顺序执行，异步的执行效果更高。

以上是关于异步的概念的解释，接下来我们通俗地解释一下异步：异步就是从主线程发射一个子线程来完成任务。

同步异步.png

2、什么时候用异步编程

在编程中，我们在处理一些简短、快速的操作时，例如计算 1 + 1 的结果，往往在主线程中就可以完成。主线程作为一个线程，不能够同时接受多方面的请求。所以，当一个事件没有结束时，界面将无法处理其他请求。

为了避免这种情况的发生，我们常常用子线程来完成一些可能消耗时间足够长以至于被用户察觉的事情，比如读取一个大文件或者发出一个网络请求。因为子线程独立于主线程，所以即使出现阻塞也不会影响主线程的运行。但是子线程有一个局限：一旦发射了以后就会与主线程失去同步，我们无法确定它的结束，如果结束之后需要处理一些事情，比如处理来自服务器的信息，我们是无法将它合并到主线程中去的。
为了解决这个问题，JavaScript 中的异步操作函数往往通过回调函数来实现异步任务的结果处理。

3、回调函数

回调函数就是一个函数，它是在我们启动一个异步任务的时候就告诉它：等你完成了这个任务之后要干什么。这样一来主线程几乎不用关心异步任务的状态了，他自己会善始善终。

setTimeout(function () {
    console.log("蜡笔小新！");
}, 1000);
console.log("你真帅！");

二、Promise

1、介绍

Promise 是一个 ECMAScript 6 提供的类，目的是更加优雅地书写复杂的异步任务。
由于 Promise 是 ES6 新增加的，所以一些旧的浏览器并不支持，苹果的 Safari 10 和 Windows 的 Edge 14 版本以上浏览器才开始支持 ES6 特性。

以下是 Promise 浏览器支持的情况：

promise浏览器支持情况.png

2、构造Promise

new Promise(function (resolve, reject) {
    // do somesthing...
});

示例比较：

//正常书写
setTimeout(function () {
    console.log("我");
    setTimeout(function () {
        console.log("很");
        setTimeout(function () {
            console.log("帅");
        }, 3000);
    }, 4000);
}, 1000);

new Promise(function (resolve, reject) {
    setTimeout(function () {
        console.log("我");
        resolve();
    }, 1000);
}).then(function () {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        setTimeout(function () {
            console.log("很");
            resolve();
        }, 4000);
    });
}).then(function () {
    setTimeout(function () {
        console.log("帅");
    }, 3000);
});

3、剖析

Promise 构造函数只有一个参数，是一个函数，这个函数在构造之后会直接被异步运行，所以我们称之为起始函数。起始函数包含两个参数 resolve 和 reject。
当 Promise 被构造时，起始函数会被异步执行。
resolve 和 reject 都是函数，其中调用 resolve 代表一切正常，reject 是出现异常时所调用的：

new Promise(function (resolve, reject) {
    var a = 0;
    var b = 1;
    if (b == 0) reject("Diveide zero");
    else resolve(a / b);
}).then(function (value) {
    console.log("a / b = " + value);
}).catch(function (err) {
    console.log(err);
}).finally(function () {
    console.log("End");
});

Promise 类有 .then() .catch() 和 .finally() 三个方法，这三个方法的参数都是一个函数，.then() 可以将参数中的函数添加到当前 Promise 的正常执行序列，.catch() 则是设定 Promise 的异常处理序列，.finally() 是在 Promise 执行的最后一定会执行的序列。 .then() 传入的函数会按顺序依次执行，有任何异常都会直接跳到 catch 序列。

new Promise(function (resolve, reject) {
    console.log(1111);
    resolve(2222);
}).then(function (value) {
    console.log(value);
    return 3333;
}).then(function (value) {
    console.log(value);
    throw "An error";
}).catch(function (err) {
    console.log(err);
});

resolve() 中可以放置一个参数用于向下一个 then 传递一个值，then 中的函数也可以返回一个值传递给 then。但是，如果 then 中返回的是一个 Promise 对象，那么下一个 then 将相当于对这个返回的 Promise 进行操作，这一点从刚才的计时器的例子中可以看出来。

reject() 参数中一般会传递一个异常给之后的 catch 函数用于处理异常。

但是请注意以下两点：

resolve 和 reject 的作用域只有起始函数，不包括 then 以及其他序列；
resolve 和 reject 并不能够使起始函数停止运行，别忘了 return。

4、Promise函数

上述的 "计时器" 程序看上去比函数瀑布还要长，所以我们可以将它的核心部分写成一个 Promise 函数：

function print(delay, message) {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        setTimeout(function () {
            console.log(message);
            resolve();
        }, delay);
    });
}

然后实现功能：

print(1000, "First").then(function () {
    return print(4000, "Second");
}).then(function () {
    print(3000, "Third");
});
//异步函数（async function）是 ECMAScript 2017 (ECMA-262) 标准的规范，几乎被所有浏览器所支持，除了 Internet Explorer。
async function asyncFunc() {
    await print(1000, "First");
    await print(4000, "Second");
    await print(3000, "Third");
}
asyncFunc();

这种返回值为一个 Promise 对象的函数称作 Promise 函数，它常常用于开发基于异步操作的库。

5、解惑

then、catch 和 finally 序列顺序可以颠倒，效果完全一样。但不建议这样做，最好按 then-catch-finally 的顺序编写程序。
then 块如何中断：then 块默认会向下顺序执行，return 是不能中断的，可以通过 throw 来跳转至 catch 实现中断。
Promise 不是一种将异步转换为同步的方法，Promise 只不过是一种更良好的编程风格。

6、promise/A+规范

其实Promise 规范有很多，如Promise/A，Promise/B，Promise/D 以及 Promise/A 的升级版 Promise/A+。ES6中采用了 Promise/A+ 规范。

解读

一个promise的当前状态只能是pending、fulfilled和rejected三种之一。状态改变只能是pending到fulfilled或者pending到rejected。状态改变不可逆。
promise的then方法接收两个可选参数，表示该promise状态改变时的回调(promise.then(onFulfilled, onRejected))。then方法返回一个promise，then 方法可以被同一个 promise 调用多次。
Promise/A+并未规范race、all、catch方法，这些是ES6自己规范的。

参考：Promises/A+规范-翻译

三、Event loop

1、定义

event loop是一个执行模型，在不同的地方有不同的实现。浏览器和NodeJS基于不同的技术实现了各自的Event Loop。

浏览器的Event Loop是在html5的规范中明确定义。
NodeJS的Event Loop是基于libuv实现的。可以参考Node的官方文档以及libuv的官方文档。
libuv已经对Event Loop做出了实现，而HTML5规范中只是定义了浏览器中Event Loop的模型，具体的实现留给了浏览器厂商。

2、宏队列和微队列

宏队列，macrotask，也叫tasks。一些异步任务的回调会依次进入macro task queue，等待后续被调用，这些异步任务包括

setTimeout
setInterval
setImmediate (Node独有)
requestAnimationFrame (浏览器独有)
I/O
UI rendering (浏览器独有)
微队列，microtask，也叫jobs。另一些异步任务的回调会依次进入micro task queue，等待后续被调用，这些异步任务包括：
process.nextTick (Node独有)
Promise
Object.observe
MutationObserver
（注：这里只针对浏览器和NodeJS）

3、浏览器的Event Loop

（1）图解：

浏览器的Eventloop.png

（2）执行一个JavaScript代码的具体流程：

执行全局Script同步代码，这些同步代码有一些是同步语句，有一些是异步语句（比如setTimeout等）；
全局Script代码执行完毕后，调用栈Stack会清空；
从微队列microtask queue中取出位于队首的回调任务，放入调用栈Stack中执行，执行完后microtask queue长度减1；
继续取出位于队首的任务，放入调用栈Stack中执行，以此类推，直到直到把microtask queue中的所有任务都执行完毕。注意，如果在执行microtask的过程中，又产生了microtask，那么会加入到队列的末尾，也会在这个周期被调用执行；
microtask queue中的所有任务都执行完毕，此时microtask queue为空队列，调用栈Stack也为空；
取出宏队列macrotask queue中位于队首的任务，放入Stack中执行；
执行完毕后，调用栈Stack为空；
重复第3-7个步骤；
重复第3-7个步骤；
......

（3）归纳3个重点：

宏队列macrotask一次只从队列中取一个任务执行，执行完后就去执行微任务队列中的任务；
微任务队列中所有的任务都会被依次取出来执行，知道microtask queue为空；
图中没有画UI rendering的节点，因为这个是由浏览器自行判断决定的，但是只要执行UI rendering，它的节点是在执行完所有的microtask之后，下一个macrotask之前，紧跟着执行UI render。

（4）示例代码

console.log(1);

setTimeout(() => {
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

new Promise((resolve, reject) => {
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  console.log(data);
})

setTimeout(() => {
  console.log(6);
})

console.log(7);

结果输出：

// 正确答案
1
4
7
5
2
3
6

（5）例题解析

执行全局Script代码

Step 1

console.log(1)

Stack Queue: [console]

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []
打印结果：
1

Step 2

setTimeout(() => {
  // 这个回调函数叫做callback1，setTimeout属于macrotask，所以放到macrotask queue中
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

Stack Queue: [setTimeout]

Macrotask Queue: [callback1]

Microtask Queue: []

打印结果：
1

Step 3

new Promise((resolve, reject) => {
  // 注意，这里是同步执行的
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  // 这个回调函数叫做callback2，promise属于microtask，所以放到microtask queue中
  console.log(data);
})

Stack Queue: [promise]

Macrotask Queue: [callback1]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4

Step 4

setTimeout(() => {
  // 这个回调函数叫做callback3，setTimeout属于macrotask，所以放到macrotask queue中
  console.log(6);
})

Stack Queue: [setTimeout]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4

Step 5

console.log(7)

Stack Queue: [console]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4
7

好啦，全局Script代码执行完了，进入下一个步骤，从microtask queue中依次取出任务执行，直到microtask queue队列为空。

Step 6

console.log(data)       // 这里data是Promise的决议值5

Stack Queue: [callback2]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5

这里microtask queue中只有一个任务，执行完后开始从宏任务队列macrotask queue中取位于队首的任务执行

Step 7

console.log(2)

Stack Queue: [callback1]

Macrotask Queue: [callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2

但是，执行callback1的时候又遇到了另一个Promise，Promise异步执行完后在microtask queue中又注册了一个callback4回调函数

Step 8

Promise.resolve().then(() => {
  // 这个回调函数叫做callback4，promise属于microtask，所以放到microtask queue中
  console.log(3)
});

Stack Queue: [promise]

Macrotask v: [callback3]

Microtask Queue: [callback4]

打印结果：
1
4
7
5
2

取出一个宏任务macrotask执行完毕，然后再去微任务队列microtask queue中依次取出执行

Step 9

console.log(3)

Stack Queue: [callback4]

Macrotask Queue: [callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2
3

微任务队列全部执行完，再去宏任务队列中取第一个任务执行

Step 10

console.log(6)

Stack Queue: [callback3]

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2
3
6

以上，全部执行完后，Stack Queue为空，Macrotask Queue为空，Micro Queue为空

Step 11

Stack Queue: []

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []

最终打印结果：
1
4
7
5
2
3
6

（6）练习（巩固）

console.log(1);

setTimeout(() => {
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

new Promise((resolve, reject) => {
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  console.log(data);
  
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(6)
  }).then(() => {
    console.log(7)
    
    setTimeout(() => {
      console.log(8)
    }, 0);
  });
})

setTimeout(() => {
  console.log(9);
})

console.log(10);

// 正确答案
1
4
10
5
6
7
2
3
9
8

参考链接

JavaScript 异步编程
JavaScript Promise
带你彻底弄懂Event Loop

JS基础知识储备（异步编程，promise，Eventloop机制）

一、异步编程

1、异步的概念

2、什么时候用异步编程

3、回调函数

二、Promise

1、介绍

2、构造Promise

3、剖析

4、Promise函数

5、解惑

6、promise/A+规范

解读

三、Event loop

1、定义

2、宏队列和微队列

3、浏览器的Event Loop

（1）图解：

（2）执行一个JavaScript代码的具体流程：

（3）归纳3个重点：

（4）示例代码

（5）例题解析

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

Step 5

Step 6

Step 7

Step 8

Step 9

Step 10

Step 11

（6）练习（巩固）

参考链接

你可能感兴趣的:(JS基础知识储备（异步编程，promise，Eventloop机制）)