詳解JavaScript如何實現并發(fā)控制的Promise隊列調度器

更新時間：2023年07月18日 14:34:26 作者：Leviash

Promise是JavaScript中一種處理異步操作的技術，提供了一種更優(yōu)雅的方式來處理并發(fā)任務和串行化操作，本文主要介紹了實現并發(fā)控制的Promise隊列調度器的方法，需要的可以參考一下

并發(fā)控制的概念

并發(fā)控制是指在編程中對并發(fā)操作進行管理和協(xié)調的過程。在現代應用中，往往會存在多個同時運行的任務或操作，如并發(fā)的網絡請求、文件讀寫和數據庫查詢。若不加以控制，這些并發(fā)操作可能會導致資源競爭、數據不一致等問題。因此，并發(fā)控制至關重要，它能確保程序的正確性、可靠性和性能優(yōu)化。

并發(fā)操作的挑戰(zhàn)

并發(fā)操作帶來了一些挑戰(zhàn)，包括資源競爭、競態(tài)條件和死鎖等。資源競爭指多個線程或進程同時對共享資源進行讀寫，可能導致數據不一致性。競態(tài)條件指多個進程或線程之間的執(zhí)行交織可能導致結果的非確定性。死鎖指多個進程或線程因等待彼此所持有的資源而無法繼續(xù)執(zhí)行。這些問題可能導致應用程序崩潰、性能下降甚至數據損壞。合適的并發(fā)控制機制可以解決這些問題，確保程序的正確性和可靠性。

Promise的作用和優(yōu)勢

Promise是JavaScript中一種處理異步操作的技術，它提供了一種更優(yōu)雅的方式來處理并發(fā)任務和串行化操作。Promise通過鏈式調用的方式，讓開發(fā)者可以更清晰地表達異步操作之間的依賴關系。它可以封裝異步操作的結果，并提供類似于try-catch的錯誤處理機制。Promise的特性使得它成為實現并發(fā)控制的有力工具，可以簡化代碼邏輯，提高可讀性和維護性。

隊列調度器的實現

實現對 Promise 的并發(fā)控制：需要將提供的 Promise 數組按照限制的并發(fā)數量執(zhí)行，并確保按照數組中的順序輸出結果。函數需要具備以下功能：

1.接受一個數字參數 limit，表示最多同時執(zhí)行的 Promise 數量。

2.實現一個隊列，用于存儲待執(zhí)行的 Promise 任務。

3.實現一個 enqueue 方法，用于將 Promise 任務加入隊列，并根據并發(fā)限制進行調度。

4.實現一個 _next 方法，用于執(zhí)行下一個任務，并在任務完成后繼續(xù)調度下一個任務。

5.在 enqueue 方法中，根據并發(fā)限制和隊列的狀態(tài)，決定是否執(zhí)行下一個任務。

6.在執(zhí)行任務時，使用 Promise 的方法（如then、catch、finally）來跟蹤任務的完成狀態(tài)，在任務完成后進行必要的清理操作。

實現：

function promiseLimit(limit) {
  let running = 0;
  const queue = [];
  const enqueue = (task) => {
    queue.push(task);
    _next();
  };
  const _next = () => {
    if (running >= limit || queue.length === 0) {
      return;
    }
    running++;
    const task = queue.shift();
    task()
      .then(() => {
        console.log(`Task ${task} completed`);
      })
      .catch(() => {
        console.log(`Task ${task} failed`);
      })
      .finally(() => {
        running--;
        _next();
      });
  };
  return { enqueue };
}

測試：

const task = [
  () => new Promise((resolve) => setTimeout(() => { console.log(1); resolve(); }, 100)),
  () => new Promise((resolve) => setTimeout(() => { console.log(2); resolve(); }, 50)),
  () => new Promise((resolve) => setTimeout(() => { console.log(3); resolve(); }, 200)),
  () => new Promise((resolve) => setTimeout(() => { console.log(4); resolve(); }, 150)),
];
const promise = promiseLimit(2);
task.forEach((t) => promise.enqueue(t));

解釋：

函數包含兩個核心方法：

enqueue 方法用于將任務加入隊列并進行調度執(zhí)行。
_next 方法用于執(zhí)行隊列中的下一個任務。

在 enqueue 方法中，我們將任務加入隊列，并立即調用 _next 方法進行調度。如果當前正在執(zhí)行的 Promise 個數小于限制數量 limit，則從隊列中取出下一個任務執(zhí)行；否則，等待已執(zhí)行的 Promise 完成后再繼續(xù)調度下一個。

執(zhí)行任務時，每個任務返回的 Promise 使用 finally 方法，確保在任務完成后減少正在執(zhí)行的 Promise 計數 running，并再次調度 _next 方法。

在使用示例中，我們創(chuàng)建了一個包含 4 個延遲輸出的任務，并通過 promise.enqueue 方法將它們加入隊列進行執(zhí)行。傳入的 limit 參數為 2，表示最多并行執(zhí)行 2 個任務。輸出結果會按照任務的延遲時間進行順序輸出，并保證同時執(zhí)行的任務不超過 2 個。

并發(fā)控制的解決方案

除了promiseLimit函數，還有其他的并發(fā)控制解決方案可供選擇。一種解決方案是使用Semaphore（信號量）來管理并發(fā)訪問資源。Semaphore可以限制同時訪問某個資源的線程或進程數量，從而避免資源競爭。另一種解決方案是使用第三方庫，如async.js，它提供了豐富的并發(fā)控制函數和工具，使并發(fā)任務的管理更加靈活和簡單。此外，新的JavaScript特性如async/await也提供了一種更直觀和簡潔的方式來管理異步操作和控制并發(fā)。

并發(fā)控制的實踐與使用場景

批量數據請求：當需要從后端服務器獲取大量數據時，可以使用Promise并發(fā)控制來限制同時發(fā)送的請求數量，以避免對服務器造成過大的負載壓力。例如，在一個需要獲取100個用戶信息的頁面上，可以使用Promise并發(fā)控制來限制每次并發(fā)請求的數量，保持服務器的響應速度和性能穩(wěn)定性。

并發(fā)API調用：在與外部API進行交互時，有時限制同時進行的并發(fā)請求數量是必要的，以避免超過API提供商的限制或觸發(fā)流量控制機制。例如，在調用某個API時，限制并發(fā)請求數量為5，確保不會超過API提供商的并發(fā)限制，同時保持應用程序的高響應性能。

并發(fā)下載：在需要下載多個文件或資源時，使用Promise并發(fā)控制可以提高下載速度。可以將文件的下載任務并發(fā)執(zhí)行，并限制同時進行的下載數量，以避免過多的網絡連接和帶寬占用。這對于需要批量下載文件的應用，如文件同步工具或資源管理器，特別有用。

并發(fā)操作限制：有時在特定的上下文中，需要將并發(fā)操作限制在一定數量以保證數據的一致性和正確性。例如，在數據庫事務中，需要限制同時進行的并發(fā)操作數量，以避免數據的競爭條件和不一致性。通過Promise并發(fā)控制，可以確保在給定時間內只有一定數量的操作同時進行。