nodejs中的fiber（纖程）庫(kù)詳解
fiber/纖程
在操作系統(tǒng)中，除了進(jìn)程和線程外，還有一種較少應(yīng)用的纖程（fiber，也叫協(xié)程）。纖程常常拿來(lái)跟線程做對(duì)比，對(duì)于操作系統(tǒng)而言，它們都是較輕量級(jí)的運(yùn)行態(tài)。通常認(rèn)為纖程比線程更為輕量，開(kāi)銷更小。不同之處在于，纖程是由線程或纖程創(chuàng)建的，纖程調(diào)度完全由用戶代碼控制，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核而言，是一種非搶占性的調(diào)度方式，纖程實(shí)現(xiàn)了合作式的多任務(wù)；而線程和進(jìn)程則受內(nèi)核調(diào)度，依照優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)了搶占式的多任務(wù)。另外，系統(tǒng)內(nèi)核是不知道纖程的具體運(yùn)行狀態(tài)，纖程的使用其實(shí)是比較與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。
在node中，單線程是僅針對(duì)javascript而言的，其底層其實(shí)充斥著多線程。而如果需要在javascript中實(shí)現(xiàn)多線程，一種常見(jiàn)的做法是編寫C++ addon，繞過(guò)javascript的單線程機(jī)制。不過(guò)這種方法提升了開(kāi)發(fā)調(diào)試的難度和成本。像其他很多腳本語(yǔ)言，我們也可以把纖程的概念引入到node中。
node-fibers
node-fibers這個(gè)庫(kù)就為node提供了纖程的功能。多線程方面沒(méi)有測(cè)試出理想的結(jié)果，不過(guò)在異步轉(zhuǎn)同步作用顯著，也許在減少node調(diào)用堆棧、無(wú)限遞歸方面也會(huì)有價(jià)值可挖。本文檔主要介紹 node-fibers庫(kù)的使用方法和異步轉(zhuǎn)同步等內(nèi)容。
安裝
node-fibers是采用C語(yǔ)言編寫，直接下載源碼需要編譯，通常直接npm安裝即可：
npm install fibers
fibers庫(kù)的使用
API
1.Fiber(fn)/ new Fiber(fn):
創(chuàng)建一個(gè)纖程，可以當(dāng)成構(gòu)造函數(shù)使用，也可以當(dāng)成普通函數(shù)調(diào)用。如下例：
function fibo(n) {
return n > 1 ? fibo(n - 1) + fibo(n - 2) : 1;
}
Fiber(function () {
console.log(fibo(40));
});
當(dāng) run()調(diào)用的時(shí)候，纖程啟動(dòng)，并為 fn分配新的堆棧， fn會(huì)在這個(gè)新的堆棧上運(yùn)行，直到 fn有返回值或調(diào)用 yield()。 fn返回后或調(diào)用 yield()后，堆棧重置，當(dāng)再次調(diào)用 run()時(shí)，纖程會(huì)再次啟動(dòng)， fn運(yùn)行于首次分配的堆棧中。
2.Fiber.current:
獲得當(dāng)前纖程，并可對(duì)其進(jìn)行操作。如果指定一個(gè)變量與其相關(guān)聯(lián)，請(qǐng)務(wù)必確保此纖程能夠釋放，否則V8的垃圾回收機(jī)制會(huì)一直忽略這部分的內(nèi)存，造成內(nèi)存泄漏。
3.Fiber.yield(param):
前面的說(shuō)明中已經(jīng)提及過(guò)這個(gè)函數(shù)。 yield()方法用于中斷纖程，一定程度上類似 return。一旦執(zhí)行 yield()，則此 Fiber中后續(xù)代碼將沒(méi)有機(jī)會(huì)執(zhí)行，例如：
var fiber = Fiber(function () {
console.log("Fiber Start");
Fiber.yield();
console.log("Fiber Stop");
}).run();
// 輸出: "Fiber Start"
執(zhí)行后只會(huì)輸出“Fiber Start”，后一個(gè)輸出命令沒(méi)有執(zhí)行。如果向 yield()傳入?yún)?shù)，那么此參數(shù)作為 run()的返回值。
var fiber = Fiber(function () {
Fiber.yield("success");
}).run();
console.log(fiber); // -> "success"
4.Fiber.prototype.run(param):
這個(gè)方法已經(jīng)很熟悉了，之前隱約有提及調(diào)用 run()的兩種時(shí)態(tài)，一是Fiber未啟動(dòng)時(shí)，一時(shí)Fiber被yield時(shí)。在這兩種時(shí)態(tài)下， run()的行為并不太一樣。
當(dāng)Fiber未啟動(dòng)時(shí)， run()接受一個(gè)參數(shù)，并把它傳遞給 fn，作為其參數(shù)。當(dāng)Fiber處理yielding狀態(tài)時(shí)， run()接受一個(gè)參數(shù)，并把它作為 yield()的返回值，fn并不會(huì)從頭運(yùn)行，而是從中斷處繼續(xù)運(yùn)行。關(guān)于 fn、 yield、 run三者的參數(shù)、返回值等關(guān)系，可以通過(guò)下面的小例子來(lái)說(shuō)明：
var Fiber = require('fibers');
var fiber = Fiber(function (a) {
console.log("第一次調(diào)用run:");
console.log("fn參數(shù)為："+a);
var b = Fiber.yield("yield");
console.log("第二次調(diào)用run:");
console.log("fn參數(shù)為："+a);
console.log("yield返回值為："+b);
return "return";
});
// 第一次運(yùn)行run()
var c=fiber.run("One");
// 第二次運(yùn)行run()
var d=fiber.run("Two");
console.log("調(diào)用yield，run返回："+c);
console.log("fn運(yùn)行完成，run返回："+d);
輸出如下：
/*
第一次調(diào)用run:
fn參數(shù)為：One
第二次調(diào)用run:
fn參數(shù)為：One
yield返回值為：Two
調(diào)用yield，run返回：yield
fn運(yùn)行完成，run返回：return
*/
從上面例子中，可以很明顯看出 yield的使用方法與現(xiàn)在的javascript的語(yǔ)法相當(dāng)不同。在別的語(yǔ)言中（C#、Python等）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 yield關(guān)鍵字，作為迭代器的中斷。不妨在node上也實(shí)現(xiàn)一個(gè)迭代器，具體體會(huì)一下 yield的使用。還是以開(kāi)頭的斐波那契數(shù)列為例：
var fiboGenerator = function () {
var a = 0, b = 0;
while (true) {
if (a == 0) {
a = 1;
Fiber.yield(a);
} else {
b += a;
b == a ? a = 1 : a = b - a;
Fiber.yield(b);
}
}
}
var f = new Fiber(fiboGenerator);
f.next = f.run;
for (var i = 0; i < 10; i++) {
console.log(f.next());
}
輸出為：
/*
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
*/
有兩個(gè)問(wèn)題需要留意，第一， yield說(shuō)是方法，更多地像關(guān)鍵字，與 run不同， yield不需要依托Fiber實(shí)例，而 run則需要。如果在Fiber內(nèi)部調(diào)用 run，則一定要使用： Fiber.current.run()；第二， yield本身為javascript的保留關(guān)鍵字，不確定是否會(huì)、何時(shí)會(huì)啟用，所以代碼在將來(lái)可能會(huì)面臨變更。
5.Fiber.prototype.reset():
我們已經(jīng)知道Fiber可能存在不同的時(shí)態(tài)，同時(shí)會(huì)影響 run的行為。而 reset方法則不管Fiber處理什么狀態(tài)，都恢復(fù)到初始狀態(tài)。隨后再執(zhí)行 run，就會(huì)重新運(yùn)行 fn。
6.Fiber.prototype.throwInto(Exception):
本質(zhì)上 throwInto會(huì)拋出傳給它的異常，并將異常信息作為 run的返回值。如果在Fiber內(nèi)不對(duì)它拋出的異常作處理，異常會(huì)繼續(xù)冒泡。不管異常是否處理，它會(huì)強(qiáng)制 yield，中斷Fiber。
future庫(kù)的使用
在node中直接使用Fiber并不一直是合理的，因?yàn)镕iber的API實(shí)在簡(jiǎn)單，實(shí)際使用中難免會(huì)產(chǎn)生重復(fù)冗長(zhǎng)的代碼，不利于維護(hù)。推薦在node與Fiber之間增加一層抽象，讓Fiber能夠更好地工作。 future庫(kù)就提供了這樣一種抽象。 future庫(kù)或者任何一層抽象也許都不是完美的，沒(méi)有誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)，只有適用不適用。比如， future庫(kù)向我們提供了簡(jiǎn)單的API能夠完成異步轉(zhuǎn)同步的工作，然而它對(duì)封裝 generator （類似上面的斐波那契數(shù)列生成器）則無(wú)能為力。
future庫(kù)不需要單獨(dú)下載安裝，已經(jīng)包含在 fibers庫(kù)中，使用時(shí)只需要 var future=require('fibers/future') 即可。
API
1.Function.prototype.future():
給 Function類型添加了 future方法，將function轉(zhuǎn)化成一個(gè)“funture-function”。
var futureFun = function power(a) {
return a * a;
}.future();
console.log(futureFun(10).wait());
實(shí)際上 power方法是在Fibel內(nèi)執(zhí)行的。不過(guò)現(xiàn)有版本的 future有bug，官方?jīng)]有具體的說(shuō)明，如果需要使用此功能，請(qǐng)刪除掉 future.js的第339行和第350行。
2.new Future()
Future對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)，下文詳細(xì)介紹。
3.Future.wrap(fn, idx)
wrap方法封裝了異步轉(zhuǎn)同步的操作，是 future庫(kù)中對(duì)我們最有價(jià)值的方法。 fn表示需要轉(zhuǎn)換的函數(shù)， idx表示 fn接受的參數(shù)數(shù)目，認(rèn)為其 callback方法為最后一個(gè)參數(shù)（這邊API的制定頗有爭(zhēng)議，有人傾向傳遞 callback應(yīng)該處于的位置，好在 wrap方法比較簡(jiǎn)單，可以比較容易修改代碼）?？匆粋€(gè)例子就能了解 wrap的用法：
var readFileSync = Future.wrap(require("fs").readFile);
Fiber(function () {
var html = readFileSync("./1.txt").wait().toString();
console.log(html);
}).run();
從這個(gè)例子中可以看出Fiber異步轉(zhuǎn)同步確實(shí)非常有效，除了語(yǔ)法上多了一步 .wait()外，其他已經(jīng) fs提供的 fs.readFileSync方法別無(wú)二致了。
4.Future.wait(futures):
這個(gè)方法前面已經(jīng)多次看到了。顧名思義，它的作用就是等待結(jié)果。如果要等待一個(gè)future的實(shí)例的結(jié)果，直接調(diào)用 futureInstance.wait()即可；如果需要等待一系列future實(shí)例的結(jié)果，則調(diào)用 Future.wait(futuresArray)。需要注意的是，在第二種用法中，一個(gè)future實(shí)例在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤， wait方法不會(huì)拋出錯(cuò)誤，不過(guò)我們可以使用 get()方法直接獲取運(yùn)行結(jié)果。
5.Future.prototype.get():
get()的用法與 wait()的第一種方式很像，所不同的是， get()立刻返回結(jié)果。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好， get()會(huì)拋出錯(cuò)誤。
6.Future.prototype.resolve(param1,param2):
上面的的 wrap方法總給人以一種 future其實(shí)在吞噬異步方法的回調(diào)函數(shù)，并直接返回異步結(jié)果。事實(shí)上 future也通過(guò) resolve方法提供設(shè)置回調(diào)函數(shù)的解決方案。 resolve最多接受兩個(gè)參數(shù)，如果只傳入一個(gè)參數(shù)， future認(rèn)為傳了一個(gè)node風(fēng)格的回調(diào)函數(shù)，例如如下示例：
futureInstance.resolve(function (err, data) {
if (err) {
throw err;
} else {
console.log(data.toString());
}
});
如果傳入兩個(gè)參數(shù)，則表示對(duì)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)分別做處理，示例如下：
futureInstance.resolve(function (err) {
throw err;
}, function (data) {
console.log(data.toString());
});
另外 future并不區(qū)分 resolve的調(diào)用時(shí)機(jī)，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好，則將回調(diào)函數(shù)壓入隊(duì)列，由 resolver()方法統(tǒng)一調(diào)度，否則直接取數(shù)據(jù)立即執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。
7.Future.prototype.isResolved():
返回布爾值，表示操作是否已經(jīng)執(zhí)行。
8.Future.prototype.proxy(futureInstance):
proxy方法提供一種 future實(shí)例的代理，本質(zhì)上是對(duì) resolve方法的包裝，其實(shí)是將一個(gè)instance的回調(diào)方法作為另一個(gè)instance的回調(diào)執(zhí)行者。例如：
var target = new Future;
target.resolve(function (err, data) {
console.log(data)
});
var proxyFun = function (num, cb) {
cb(null, num * num);
};
Fiber(function () {
var proxy = Future.wrap(proxyFun)(10);
proxy.proxy(target);
}).run(); // 輸出100
雖然執(zhí)行的是 proxy，但是最終 target的回調(diào)函數(shù)執(zhí)行了，并且是以 proxy的執(zhí)行結(jié)果驅(qū)動(dòng) target的回調(diào)函數(shù)。這種代理手段也許在我們的實(shí)際應(yīng)用中有很大作用，我暫時(shí)還沒(méi)有深入地思考過(guò)。
9.Future.prototype.return(value):
10.Future.prototype.throw(error):
11.Future.prototype.resolver():
12.Future.prototype.detach():
以上四個(gè)API呢我感覺(jué)相對(duì)于別的API，實(shí)際使用的場(chǎng)景或作用比較一般。 return和 throw都受 resolver方法調(diào)度，這三個(gè)方法都很重要，在正常的future使用流程中都會(huì)默默工作著，只是我沒(méi)有想出具體單獨(dú)使用它們的場(chǎng)景，所以沒(méi)有辦法具體介紹。 detach方法只能算 resolve方法的簡(jiǎn)化版，亦沒(méi)有介紹的必要。
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