Node Hero: 3. 理解非同步編程

本章我將指導你學習非同步編程的原理，並向你展示如何在 JavaScript 和 Node.js 中實現非同步編程。

非同步編程

在傳統編程實踐中，大多數 I/O 操作都是同步發生的。如果想想 Java，想想如何用 Java 讀取一個文件，你會得到下面這樣的代碼：

• try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("foo.txt")) {
• Session IOUtils;
• String fileContent = IOUtils.toString(inputStream);
• }

複製代碼

這背後發生了什麼？主線程會被阻塞，直到文件讀完，這意味著讀文件的同時其它什麼事情都做不了。要解決此問題，更好利用 CPU，就不得不手動管理線程。

如果有更多阻塞操作，那麼事件隊列就變得更糟糕：

(紅色塊表示在進程等待外部資源的響應而被阻塞時，黑色塊表示在代碼運行時，綠色塊表示應用的其餘部分)

為解決這個問題，Node.js 引入了一種非同步編程模型。

Node.js 中的非同步編程

非同步 I/O 是一種輸入/輸出處理的形式，它允許在傳輸完成之前，其它處理能繼續進行。

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在如下的示例中，我將展示 Node.js 中一個簡單的文件讀寫過程 - 同時採用同步和非同步的方式，目的是向你展示通過避免阻塞應用程序，能實現什麼。

下面我們先從一個簡單的示例開始 - 以同步的方式用 Node.js 讀一個文件：

• const fs = require('fs')
• let content
• try {
• content = fs.readFileSync('file.md', 'utf-8')
• } catch (ex) {
• console.log(ex)
• }
• console.log(content)

複製代碼

這裡剛剛發生了什麼？我們試圖用 fs 模塊的同步介面讀一個文件。它按預期方式工作 - content 變數會包含 file.md 的內容。這種方式的問題是，Node.js 會被阻塞，直到操作完成 - 也就是說在文件正在被讀取時，它什麼事都做不了。

下面我們看看如何修復！

我們直到，在 JavaScript 中，非同步編程只能用函數這個該語言的一等公民來實現：函數可以像所有其它變數一樣傳給其它函數。 將其它函數作為參數的函數被稱為 高階函數 。

如下是一個高階函數的最簡單示例：

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

複製代碼

在上例中，我們將一個函數傳遞給 filter 函數。通過這種方式我們可以定義過濾的邏輯。

這就是回調誕生的方式：如果你把一個函數傳遞給另一個函數作為參數，那麼就可以在另一個函數完成任務時，在該函數內調用傳進來的函數。不需要返回值，只用值調用另一個函數。

這些所謂錯誤優先（error-first）的回調是 Node.js 本身的核心 - 核心模塊用了它，大多數 NPM 中的模塊也是。

• const fs = require('fs')
• fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
• if (err) {
• return console.log(err)
• }
• console.log(content)
• })

複製代碼

這裡要注意：

錯誤處理 : 必須在回調中檢測錯誤，而不是用 try-catch 塊。 沒有返回值 : 非同步函數不返回值，但是值將被傳遞給回調。

下面我們對這個文件做點修改，看看它實際上是如何工作的：

• const fs = require('fs')
• console.log('start reading a file...')
• fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
• if (err) {
• console.log('error happened during reading the file')
• return console.log(err)
• }
• console.log(content)
• })
• console.log('end of the file')

複製代碼

這段腳本的輸出將是：

• start reading a file...
• end of the file
• error happened during reading the file

複製代碼

正如你所見，一旦我們開始讀文件，執行繼續，應用程序列印出 end of the file 。一旦文件讀取完成，我們的回調就只被調用一次。這怎麼可能呢？ 迎接事件循環。

事件循環

事件循環是 Node.js / JavaScript 的核心 - 它負責安排非同步操作。

在深入了解之前，要確保理解什麼是事件驅動的編程。

事件驅動的編程是一種編程範式，在這種範式中程序流程是由事件決定的，比如用戶行為（滑鼠點擊、按鍵）、感測器輸出或者其它程序/線程的消息。

實際上，它意味著應用程序按照事件行事。

並且，我們在第一章已經學過，從開發者的觀點看，Node.js 是單線程的。這意味著不必處理線程和線程同步，Node.js 遠離了這種複雜性。除了你的代碼，所有東西都是并行執行的。

非同步控制流

至此你已經對 JavaScript 中的非同步編程工作機制有了一個基本認識，下面我們來看看幾個如何組織代碼的示例。

Async.js

為避免所謂 回調地獄 ，可以做的一件事情是開始使用 async.js 。

Async.js 幫助組織應用程序結構，讓流程式控制制更容易。

下面我們看一個使用 Async.js 的簡短示例，然後用 Promises 重寫。

如下的代碼片段映射三個文件上的狀態：

• async.parallel(['file1', 'file2', 'file3'], fs.stat, function (err, results) {
• // 現在結果是是一個每個文件的狀態數組
• })

複製代碼Promises

Promise 對象用於延遲及非同步計算。一個 Promise 代表還沒有完成，但是未來會執行的操作。

在實踐中，前面的示例可以重寫為如下：

• function stats (file) {
• return new Promise((resolve, reject) => {
• fs.stat(file, (err, data) => {
• if (err) {
• return reject (err)
• }
• resolve(data)
• })
• })
• }
• Promise.all([
• stats('file1'),
• stats('file2'),
• stats('file3')
• ])
• .then((data) => console.log(data))
• .catch((err) => console.log(err))

複製代碼

當然，如果使用一個有 Promise 介面的方法，那麼 Promise 示例的行數也會少很多。