1、單線程模型

單線程模型指的是，JavaScript 只在一個線程上運行。也就是說，JavaScript 同時只能執(zhí)行一個任務，其他任務都必須在后面排隊等待。注意，JavaScript 只在一個線程上運行，不代表 JavaScript 引擎只有一個線程。事實上，JavaScript 引擎有多個線程，單個腳本只能在一個線程上運行（稱為主線程），其他線程都是在后臺配合。

JavaScript 之所以采用單線程，而不是多線程，跟歷史有關系。JavaScript 從誕生起就是單線程，原因是不想讓瀏覽器變得太復雜，因為多線程需要共享資源、且有可能修改彼此的運行結果，對于一種網(wǎng)頁腳本語言來說，這就太復雜了。

如果 JavaScript 同時有兩個線程，一個線程在網(wǎng)頁 DOM 節(jié)點上添加內容，另一個線程刪除了這個節(jié)點，這時瀏覽器應該以哪個線程為準？是不是還要有鎖機制？
所以，為了避免復雜性，JavaScript 一開始就是單線程，這已經(jīng)成了這門語言的核心特征，將來也不會改變。

2、同步任務和異步任務

程序里面所有的任務，可以分成兩類：同步任務（synchronous）和異步任務（asynchronous）。

同步任務是那些沒有被引擎掛起、在主線程上排隊執(zhí)行的任務。只有前一個任務執(zhí)行完畢，才能執(zhí)行后一個任務。

異步任務是那些被引擎放在一邊，不進入主線程、而進入任務隊列的任務。只有引擎認為某個異步任務可以執(zhí)行了（比如 Ajax 操作從服務器得到了結果），該任務（采用回調函數(shù)的形式）才會進入主線程執(zhí)行。排在異步任務后面的代碼，不用等待異步任務結束會馬上運行，也就是說，異步任務不具有“堵塞”效應。

舉例來說，Ajax 操作可以當作同步任務處理，也可以當作異步任務處理，由開發(fā)者決定。如果是同步任務，主線程就等著 Ajax 操作返回結果，再往下執(zhí)行；如果是異步任務，主線程在發(fā)出 Ajax 請求以后，就直接往下執(zhí)行，等到 Ajax 操作有了結果，主線程再執(zhí)行對應的回調函數(shù)。

3、任務隊列和事件循環(huán)

JavaScript 運行時，除了一個正在運行的主線程，引擎還提供一個任務隊列（task queue），里面是各種需要當前程序處理的異步任務。（實際上，根據(jù)異步任務的類型，存在多個任務隊列。為了方便理解，這里假設只存在一個隊列。）首先，主線程會去執(zhí)行所有的同步任務。等到同步任務全部執(zhí)行完，就會去看任務隊列里面的異步任務。

如果滿足條件，那么異步任務就重新進入主線程開始執(zhí)行，這時它就變成同步任務了。等到執(zhí)行完，下一個異步任務再進入主線程開始執(zhí)行。一旦任務隊列清空，程序就結束執(zhí)行。異步任務的寫法通常是回調函數(shù)。一旦異步任務重新進入主線程，就會執(zhí)行對應的回調函數(shù)。

如果一個異步任務沒有回調函數(shù)，就不會進入任務隊列，也就是說，不會重新進入主線程，因為沒有用回調函數(shù)指定下一步的操作。JavaScript 引擎怎么知道異步任務有沒有結果，能不能進入主線程呢？答案就是引擎在不停地檢查，一遍又一遍，只要同步任務執(zhí)行完了，引擎就會去檢查那些掛起來的異步任務，是不是可以進入主線程了。這種循環(huán)檢查的機制，就叫做事件循環(huán)（Event Loop）。

維基百科的定義是：“事件循環(huán)是一個程序結構，用于等待和發(fā)送消息和事件（a programming construct that waits for and dispatches events or messages in a program）”。

4、異步操作的模式

4.1回調函數(shù)

把f2寫成f1的回調函數(shù)。

function f1(callback) {
  // ...
  callback();
}
 
function f2() {
  // ...
}
 
f1(f2);

回調函數(shù)的優(yōu)點是簡單、容易理解和實現(xiàn)，缺點是不利于代碼的閱讀和維護，各個部分之間高度耦合（coupling），使得程序結構混亂、流程難以追蹤（尤其是多個回調函數(shù)嵌套的情況），而且每個任務只能指定一個回調函數(shù)。

4.2事件監(jiān)聽

f1.on('done', f2);
 
function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    f1.trigger('done');
  }, 1000);
}

f1.trigger('done')表示，執(zhí)行完成后，立即觸發(fā)done事件，從而開始執(zhí)行f2

這種方法的優(yōu)點是比較容易理解，可以綁定多個事件，每個事件可以指定多個回調函數(shù)，而且可以“去耦合”（decoupling），有利于實現(xiàn)模塊化。缺點是整個程序都要變成事件驅動型，運行流程會變得很不清晰。閱讀代碼的時候，很難看出主流程。

4.3 發(fā)布/訂閱

事件完全可以理解成“信號”，如果存在一個“信號中心”，某個任務執(zhí)行完成，就向信號中心“發(fā)布”（publish）一個信號，其他任務可以向信號中心“訂閱”（subscribe）這個信號，從而知道什么時候自己可以開始執(zhí)行。這就叫做“發(fā)布/訂閱模式”（publish-subscribe pattern），又稱“觀察者模式”（observer pattern）。

f2向信號中心jQuery訂閱done信號。

jQuery.subscribe('done', f2);
 
function f1() {
  setTimeout(function () {
    // ...
    jQuery.publish('done');
  }, 1000);
}

上面代碼中，jQuery.publish('done')的意思是，f1執(zhí)行完成后，向信號中心jQuery發(fā)布done信號，從而引發(fā)f2的執(zhí)行。

f2完成執(zhí)行后，可以取消訂閱（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe('done', f2);

這種方法的性質與“事件監(jiān)聽”類似，但是明顯優(yōu)于后者。因為可以通過查看“消息中心”，了解存在多少信號、每個信號有多少訂閱者，從而監(jiān)控程序的運行。

5、Promise 對象的狀態(tài)

Promise 對象通過自身的狀態(tài)，來控制異步操作。Promise 實例具有三種狀態(tài)。

• 異步操作未完成（pending）
• 異步操作成功（fulfilled）
• 異步操作失敗（rejected）

上面三種狀態(tài)里面，fulfilled和rejected合在一起稱為resolved（已定型）。

這三種的狀態(tài)的變化途徑只有兩種。

• 從“未完成”到“成功”
• 從“未完成”到“失敗”

一旦狀態(tài)發(fā)生變化，就凝固了，不會再有新的狀態(tài)變化。這也是 Promise 這個名字的由來，它的英語意思是“承諾”，一旦承諾成效，就不得再改變了。這也意味著，Promise 實例的狀態(tài)變化只可能發(fā)生一次。

因此，Promise 的最終結果只有兩種。

• 異步操作成功，Promise 實例傳回一個值（value），狀態(tài)變?yōu)閒ulfilled。
• 異步操作失敗，Promise 實例拋出一個錯誤（error），狀態(tài)變?yōu)閞ejected。

6、Promise 構造函數(shù)

JavaScript 提供原生的Promise構造函數(shù)，用來生成 Promise 實例。

var promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...
 
  if (/* 異步操作成功 */){
    resolve(value);
  } else { /* 異步操作失敗 */
    reject(new Error());
  }
});

上面代碼中，Promise構造函數(shù)接受一個函數(shù)作為參數(shù)，該函數(shù)的兩個參數(shù)分別是resolve和reject。它們是兩個函數(shù)，由 JavaScript 引擎提供，不用自己實現(xiàn)。

resolve函數(shù)的作用是，將Promise實例的狀態(tài)從“未完成”變?yōu)?ldquo;成功”（即從pending變?yōu)?code>fulfilled），在異步操作成功時調用，并將異步操作的結果，作為參數(shù)傳遞出去。reject函數(shù)的作用是，將Promise實例的狀態(tài)從“未完成”變?yōu)?ldquo;失敗”（即從pending變?yōu)?code>rejected），在異步操作失敗時調用，并將異步操作報出的錯誤，作為參數(shù)傳遞出去。

下面是一個例子。

function timeout(ms) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(resolve, ms, 'done');
  });
}
 
timeout(100)

上面代碼中，timeout(100)返回一個 Promise 實例。100毫秒以后，該實例的狀態(tài)會變?yōu)?code>fulfilled。

7、then() 用法辨析

Promise 的用法，簡單說就是一句話：使用then方法添加回調函數(shù)。但是，不同的寫法有一些細微的差別，請看下面四種寫法，它們的差別在哪里？

// 寫法一
f1().then(function () {
  return f2();
});
 
// 寫法二
f1().then(function () {
  f2();
});
 
// 寫法三
f1().then(f2());
 
// 寫法四
f1().then(f2);

為了便于講解，下面這四種寫法都再用then方法接一個回調函數(shù)f3。寫法一的f3回調函數(shù)的參數(shù)，是f2函數(shù)的運行結果。

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

寫法二的f3回調函數(shù)的參數(shù)是undefined。

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

寫法三的f3回調函數(shù)的參數(shù)，是f2函數(shù)返回的函數(shù)的運行結果。

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

寫法四與寫法一只有一個差別，那就是f2會接收到f1()返回的結果。

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

8、Promise 優(yōu)缺點

優(yōu)點：讓回調函數(shù)變成了規(guī)范的鏈式寫法，程序流程可以看得很清楚。它有一整套接口，可以實現(xiàn)許多強大的功能，比如同時執(zhí)行多個異步操作，等到它們的狀態(tài)都改變以后，再執(zhí)行一個回調函數(shù)；再比如，為多個回調函數(shù)中拋出的錯誤，統(tǒng)一指定處理方法等等。

而且，Promise 還有一個傳統(tǒng)寫法沒有的好處：它的狀態(tài)一旦改變，無論何時查詢，都能得到這個狀態(tài)。這意味著，無論何時為 Promise 實例添加回調函數(shù)，該函數(shù)都能正確執(zhí)行。所以，你不用擔心是否錯過了某個事件或信號。如果是傳統(tǒng)寫法，通過監(jiān)聽事件來執(zhí)行回調函數(shù)，一旦錯過了事件，再添加回調函數(shù)是不會執(zhí)行的。

缺點：編寫的難度比傳統(tǒng)寫法高，而且閱讀代碼也不是一眼可以看懂。你只會看到一堆then，必須自己在then的回調函數(shù)里面理清邏輯。

9、微任務

Promise 的回調函數(shù)屬于異步任務，會在同步任務之后執(zhí)行。

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(1);
}).then(console.log);
 
console.log(2);
// 2
// 1

上面代碼會先輸出2，再輸出1。因為console.log(2)是同步任務，而then的回調函數(shù)屬于異步任務，一定晚于同步任務執(zhí)行。

但是，Promise 的回調函數(shù)不是正常的異步任務，而是微任務（microtask）。它們的區(qū)別在于，正常任務追加到下一輪事件循環(huán)，微任務追加到本輪事件循環(huán)。這意味著，微任務的執(zhí)行時間一定早于正常任務。

setTimeout(function() {
  console.log(1);
}, 0);
 
new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(2);
}).then(console.log);
 
console.log(3);
// 3
// 2
// 1

上面代碼的輸出結果是321。這說明then的回調函數(shù)的執(zhí)行時間，早于setTimeout(fn, 0)。因為then是本輪事件循環(huán)執(zhí)行，setTimeout(fn, 0)在下一輪事件循環(huán)開始時執(zhí)行。

到此這篇關于Promise異步編程模式的文章就介紹到這了。希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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