JavaScript 异步编程

我会带着你远行 2022-08-11 03:24 205阅读 0赞

异步编程 Async JavaScript 在 Node 面前获得前所未有的重视。本文结合 Trevor Burnham 所著 [《Async JavaScript Build More Responsive Apps with Less Code（中文名： JavaScript 异步编程：设计快速响应的网络应用）》][Async JavaScript Build More Responsive Apps with Less Code_ JavaScript]一书，梳理 JavaScript 的异步编程的方方面面。

为更好地了解异步开发的来龙去脉，我们先回顾一下 JS 服务端的历史，看到底解决了什么问题（当然是否真的解决是另外一个问题），并以此来与 Node 横向比较。

*  早期出现的 Javascript 服务端：Netscape LiveWire，它将阻塞式 I/O包含在内，使用多进程模
 *  上世纪九十年代中期出现的 ASP，微软很给力，除了主流的 VBS 编程模式，还提供有基于 JScript 的。此时期到后来的 Aptana 的 Jaxer 也是没有突破旧的同步模式  
    
 *  2009 年，Node 问世了，其特点：异步、非阻塞、高并发。这里说明一下，“异步”、“非阻塞”、“高并发”三者之间的关系可以说是一层一层递进的

实现异步的关键，简单讲，在于“闭包（Closures）”。函数是 JS 为第一等公民，可以把函数作为对象调来调去，并一个函数轻易地包含另外一个函数；或者被另外一个函数包含着，也没有问题。——故所以，在 JS 里面闭包是天然支持的。从泛语言的角度讲，任何有闭包的语言都是函数式语言，区别在于写起来是否轻松，越轻松的话那么越名副其实。这样的话，JS 具备了那么多优点，如果把 JS 应用在非阻塞环境，例如 Socket 网络编程中，是否可行呢？ Node 作者 Ryan Dahl 就是这样的想的，于是尝试将 V8 与 非阻塞的 C 代码结合起来，从而诞生了 Node。后来事实证明，Ryan 的方式不仅可行且表现不俗。

综合几个方面，我们不妨再思考下这些问题：

1.  异步编程、事件模型、事件队列、阻塞/非阻塞、异步函数/回调函数……等等，这一堆名词有神马区别与联系？假设我们要以此进行苦逼的考试，这势必将是一堆名称解析的题型：（
2.  如果我们是从前端过来的，怎么发现前端没有“大谈特谈”异步编程，这又是为何？
3.  到底 JS 怎么实现异步编程？最朴素的 JS 底层机制究竟是怎样的？
4.  更重要的，我的 异步 JS 应该怎么写法好？

实际上，包括 JAVA 在内的许多 API 如 JDK 都提供 NIO 非阻塞版本之接口。如果使用多线程模型编码，面临着若干问题。先着眼于两点：

*  线程是贵重的。在一定环境下，使用线程的数量是有限制的。
 *  为保证数据的线程安全性，需要调用互斥量或者信号量来封装数据。这将增加我们代码的复杂性。

多线程模型下固然同样可以处理非阻塞调度，只是相比事件模型消耗的资源来得更大，尤其长连接的场景，最能体现这种不足。另外编码成本也更高。关于两者的分析，小弟在旧文已经探讨过，详见《学习NodeJS第二天：漫谈NodeJS 》。

## 前端没有“大谈特谈”异步编程 ##

实际上，不论前端抑或后端，都会遭遇一个问题，就是如何优雅应对复杂事件集的范畴，这仍属于 JavaScript 有待解决的前沿领域。

## 历史与当前总结 ##

从1995 年诞生的年份开始起，本属“草根”到不得了的 JavaScript 于 AJAX 革命成功之后“颠覆性”地一路走来并在茁壮地成长，除了 VB Script 正面较量外，其他的 RIA 应用还不算有真正的威胁，Flash、Sliverlight、Java Fx 你方唱罢我登台，对 JavaScript 倒也可算“小打小闹”。

不管怎么样，JavaScript 就坚守在浏览器的阵地。Google Gmail 之于 JavaScript 所倚重的力量有目共睹，于是数以百计的项目纷纷把 JavaScript 派上前端。这一热潮更是催生了 JS Runtime 之竞争态势，Apple 的 Safari/Webkit、Mozilla 的 Firefox OS、连微软的 Metro 界面开发都把 HTML5 置于与 C\#、VB 平起平坐的地位。

若说语言有生涯，这便是 JavaScript 生涯中的第一个转折点。

渐渐地，JavaScript 成为一门体面的语言。这固然与原发明者出色的设计理念有关；更重要的是，拜无处不在的浏览器所赐——JavaScript 比任何语言都有资格兑现了 Java 那古老的承诺“一次编写、到处运行”。

然而，没有下一站“给力”的开发潮流，恐怕一切美好都是“虚火”，不足以让人们把视野关注在 JavaScript 身上。如果把 JavaScript 比作一个男人，他会有第二个转折点吗？

不如将 JavaScript 真正可应用于服务端编程，岂不是更好！？这种全端的开发模式不用说也是顺理成章的。

——恰好，Node 出现了。

关于 Node 本身的优点已经铺天盖地了，不想多分析，但要探讨的是，Node 之出现对于 JavaScript 的“利导”不见得也是一帆风顺的。

JavaScript 设计的初衷是为了强化 Netscape 浏览器的展现能力，仅仅是脚本之目的。不曾想，现在业已成为多媒体、多任务、多内核网络世界中一员，然而微妙的却是，JavaScript 并没有摇身一变成为支持多线程的语言（也许随着语言规范的发展也会加入），而是稳固单线程的一门语言（早已超出脚本，可称为语言了，或者界限已经模糊了）。

下面我们花大量篇幅来介绍扫服务端事件驱动开发的概念。理解这些概念是实践 JS 异步编程的关键。

## 关于 JS 的一些认识 ##

在许多语言中，事件模型不属于语言级别的支援，而是由外层 API 提供。但 JS 事件一直是语言的核心；

前面已经提到，JS 对闭包天然的支持。这姑且不以晦涩的闭包概念深入原理，只是明白

引入线程的概念是为了“并行”，可以处理多个任务同时开始，同时执行，同时进行，从而整体上加快最终效率。多个线程对应多项任务，多个对多个的分工这很好理解。但我们知道， Node JS 始终是单线程程序，却怎么运行多个任务，而且效率反而高？——这怎么说？实际上，我要告诉大家三点，1）JS 的确同一时间内只会做一件事，这是所谓单线程的表现；2）那岂不是同步意思了，难道不能并行了吗？但没关系，且看；3）我们把 JS 设计为一个“圈 Loop”，一个可以永远（当然也可以手工或者强行中止的）运行下去的循环，同时这个循环结构上是个队列，允许你不断往这个队列加入新任务。如果发现处理完毕的事件，则从队列中剔除表示执行完毕；如果没处理完毕，嗯~这个循环看了看之后不做什么，继续走下去不停留。又因为是循环的缘故，尚未完成的任务又会被事件机制访问，直到执行完毕为止。如此便可以把多个任务“不落单”地处理完毕。

是不是到这里，问题就完了？不对~感觉多任务执行如何哪里，你始终还没有说清楚，对不对？

嗯，能够提出深入的发问很好。尽管我没有挖据 V8 & Linux 代码去论证，但相信凭借我的自圆自说，个中的原理是这样的：

*  JS 再一次成为了接口语言，在 Node V8 里面封装了 C/C++ 底层，呈现一套以 JS 语法的 API。但实际运算仍交到 C/C++ 执行；
 *  假设这些任务都需要一定的耗时来完成，也就是说，使用异步的场景是适合的；
 *  使用 Node 不等于你程序跑起来就是纯粹的单线程程序，得从微观角度观察；
 *  因为 JS 不允许同时多个任务，但底层的 C/C++ 可以，于是底层运行着的是多个线程，因此多个任务同时运行成为可能。
 *  事件队列中既可以是 JS 闭包，也是可以是系统的调用。

虽然 JS 初始化了底层去执行任务，但 JS 并不干涉任务的过程，不关心任务怎样完成，他只需要知道最终结果，ok （触发用户成功的回调）还是不 ok（触发 err 事件）。JS 知不知道这些多个线程存在？当然知道，但决不会把它们暴露出来，而是自己“事件循环”的机制来调度。你可以把 JS 这一层面想象为一个指挥者、总的调度者，它催生了多个任务同时跑，然后经常不辞劳苦地围着任务列表（即“事件队列”）在转，一个一个挨着问，“搞定没有”？“没有吗？”，“没有，在弄呢”，“好，我不催你”，继续访问下家……周而复始。这个过程中，系统事件内部是有多线程在跑的。只是我们不晓得而已，我们看到的只是 JS 层面的机制。这固然是 Node 优雅的地方，也是其卖点所在：不用线程却能操控多任务。也许不了解的人以为这是 JS 的“魔法”所赐，但无论如何形容，我们的任务就是要摸清楚这套 JS 机制，为我所用。

若要以线程称呼 JS，那么 JS 便是单线程程序。但有没有多线程的 JS？有！更确切地说，你可以在你程序中让多线程参与进来，但 JS 基本单元就只是一条线程。未来 JS 语言规范会出现线程处理的关键字，不是没有这种可能。但现在 JS 单线程模型是简单的、朴素的、友好的。当然有许多方式为你的 JS 程序提供多线程的支持。下面我们也分别进行介绍。假设不借助其他手段，一个 JS 程序有且只有一个事件循环队列。

var start = new Date;
    setTimeout(function(){
        var end = new Date;
        console.log('Gone:', end -start, 'ms');
    }, 200);
    // alert(11)
    while((new Date - start) < 1000){} // 强行阻塞 
    // alert(33)

……未完待续……

[Async JavaScript Build More Responsive Apps with Less Code_ JavaScript]: http://book.douban.com/subject/24319975/