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[HTML代码] Node Hero: 3. 理解异步编程

发表于 2017-7-21 08:00:02
句号论坛

本章我将指导你学习异步编程的原理,并向你展示如何在 JavaScript 和 Node.js 中实现异步编程。

异步编程

在传统编程实践中,大多数 I/O 操作都是同步发生的。如果想想 Java,想想如何用 Java 读取一个文件,你会得到下面这样的代码:

  1. try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("foo.txt")) {
  2. Session IOUtils;
  3. String fileContent = IOUtils.toString(inputStream);
  4. }
复制代码

这背后发生了什么?主线程会被阻塞,直到文件读完,这意味着读文件的同时其它什么事情都做不了。要解决此问题,更好利用 CPU,就不得不手动管理线程。

如果有更多阻塞操作,那么事件队列就变得更糟糕:

(红色块表示在进程等待外部资源的响应而被阻塞时,黑色块表示在代码运行时,绿色块表示应用的其余部分)

为解决这个问题,Node.js 引入了一种异步编程模型。

Node.js 中的异步编程

异步 I/O 是一种输入/输出处理的形式,它允许在传输完成之前,其它处理能继续进行。

在如下的示例中,我将展示 Node.js 中一个简单的文件读写过程 - 同时采用同步和异步的方式,目的是向你展示通过避免阻塞应用程序,能实现什么。

下面我们先从一个简单的示例开始 - 以同步的方式用 Node.js 读一个文件:

  1. const fs = require('fs')
  2. let content
  3. try {
  4. content = fs.readFileSync('file.md', 'utf-8')
  5. } catch (ex) {
  6. console.log(ex)
  7. }
  8. console.log(content)
复制代码

这里刚刚发生了什么?我们试图用 fs 模块的同步接口读一个文件。它按预期方式工作 - content 变量会包含 file.md 的内容。这种方式的问题是,Node.js 会被阻塞,直到操作完成 - 也就是说在文件正在被读取时,它什么事都做不了。

下面我们看看如何修复!

我们直到,在 JavaScript 中,异步编程只能用函数这个该语言的一等公民来实现:函数可以像所有其它变量一样传给其它函数。 将其它函数作为参数的函数被称为 高阶函数 。

如下是一个高阶函数的最简单示例:

  1. const numbers = [2,4,1,5,4]
  2. function isBiggerThanTwo (num) {
  3. return num > 2
  4. }
  5. numbers.filter(isBiggerThanTwo)
复制代码

在上例中,我们将一个函数传递给 filter 函数。通过这种方式我们可以定义过滤的逻辑。

这就是回调诞生的方式:如果你把一个函数传递给另一个函数作为参数,那么就可以在另一个函数完成任务时,在该函数内调用传进来的函数。不需要返回值,只用值调用另一个函数。

这些所谓错误优先(error-first)的回调是 Node.js 本身的核心 - 核心模块用了它,大多数 NPM 中的模块也是。

  1. const fs = require('fs')
  2. fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
  3. if (err) {
  4. return console.log(err)
  5. }
  6. console.log(content)
  7. })
复制代码

这里要注意:

错误处理 : 必须在回调中检测错误,而不是用 try-catch 块。 没有返回值 : 异步函数不返回值,但是值将被传递给回调。

下面我们对这个文件做点修改,看看它实际上是如何工作的:

  1. const fs = require('fs')
  2. console.log('start reading a file...')
  3. fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
  4. if (err) {
  5. console.log('error happened during reading the file')
  6. return console.log(err)
  7. }
  8. console.log(content)
  9. })
  10. console.log('end of the file')
复制代码

这段脚本的输出将是:

  1. start reading a file...
  2. end of the file
  3. error happened during reading the file
复制代码

正如你所见,一旦我们开始读文件,执行继续,应用程序打印出 end of the file 。一旦文件读取完成,我们的回调就只被调用一次。这怎么可能呢? 迎接事件循环。

事件循环

事件循环是 Node.js / JavaScript 的核心 - 它负责安排异步操作。

在深入了解之前,要确保理解什么是事件驱动的编程。

事件驱动的编程是一种编程范式,在这种范式中程序流程是由事件决定的,比如用户行为(鼠标点击、按键)、传感器输出或者其它程序/线程的消息。

实际上,它意味着应用程序按照事件行事。

并且,我们在第一章已经学过,从开发者的观点看,Node.js 是单线程的。这意味着不必处理线程和线程同步,Node.js 远离了这种复杂性。除了你的代码,所有东西都是并行执行的。

异步控制流

至此你已经对 JavaScript 中的异步编程工作机制有了一个基本认识,下面我们来看看几个如何组织代码的示例。

Async.js

为避免所谓 回调地狱 ,可以做的一件事情是开始使用 async.js 。

Async.js 帮助组织应用程序结构,让流程控制更容易。

下面我们看一个使用 Async.js 的简短示例,然后用 Promises 重写。

如下的代码片段映射三个文件上的状态:

  1. async.parallel(['file1', 'file2', 'file3'], fs.stat, function (err, results) {
  2. // 现在结果是是一个每个文件的状态数组
  3. })
复制代码
Promises

Promise 对象用于延迟及异步计算。一个 Promise 代表还没有完成,但是未来会执行的操作。

在实践中,前面的示例可以重写为如下:

  1. function stats (file) {
  2. return new Promise((resolve, reject) => {
  3. fs.stat(file, (err, data) => {
  4. if (err) {
  5. return reject (err)
  6. }
  7. resolve(data)
  8. })
  9. })
  10. }
  11. Promise.all([
  12. stats('file1'),
  13. stats('file2'),
  14. stats('file3')
  15. ])
  16. .then((data) => console.log(data))
  17. .catch((err) => console.log(err))
复制代码

当然,如果使用一个有 Promise 接口的方法,那么 Promise 示例的行数也会少很多。

来自:http://www.zcfy.cc/article/node-hero-understanding-async-programming-in-node-js-1759.html



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