JavaScript 中如何实现并发控制？

朱雀 2023-09-23 18:14 122阅读 0赞

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#### 一、并发控制简介 ####

在日常开发过程中，你可能会遇到并发控制的场景，比如控制请求并发数。那么在 JavaScript 中如何实现并发控制呢？在回答这个问题之前，我们来简单介绍一下并发控制。

假设有 6 个待办任务要执行，而我们希望限制同时执行的任务个数，即最多只有 2 个任务能同时执行。当 **正在执行任务列表** 中的任何 1 个任务完成后，程序会自动从 **待办任务列表** 中获取新的待办任务并把该任务添加到 **正在执行任务列表** 中。为了让大家能够更直观地理解上述的过程，阿宝哥特意画了以下 3 张图：

1.1 阶段一

![2bbbd1d5537eaad34dd7ab67b7a81be7.jpeg][]

1.2 阶段二

![36e2883ae9170972e939e65d9677adb9.jpeg][]

1.3 阶段三

![8a10e4b414a5f7bb5762ff58662b4291.jpeg][]

好的，介绍完并发控制之后，阿宝哥将以 Github 上 [async-pool][] 这个库来介绍一下异步任务并发控制的具体实现。

> [async-pool][]：[github.com/rxaviers/as…][async-pool]
> 
> **Run multiple promise-returning & async functions with limited concurrency using native ES6/ES7。**

针对 [async-pool][] 这个库的具体应用，阿宝哥写了 [JavaScript 中如何实现大文件并发下载？][JavaScript] 和 [JavaScript 中如何实现大文件并发上传？][JavaScript 1] 两篇文章，感兴趣的小伙伴可以了解一下。

#### 二、并发控制的实现 ####

[async-pool][] 这个库提供了 ES7 和 ES6 两种不同版本的实现，在分析其具体实现之前，我们来看一下它如何使用。

2.1 asyncPool 的使用

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i));
    await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout);
    复制代码

在以上代码中，我们使用 [async-pool][] 这个库提供的 `asyncPool` 函数来实现异步任务的并发控制。 `asyncPool` 函数的签名如下所示：

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn){ ... }
    复制代码

该函数接收 3 个参数：

*  `poolLimit`（数字类型）：表示限制的并发数；
 *  `array`（数组类型）：表示任务数组；
 *  `iteratorFn`（函数类型）：表示迭代函数，用于实现对每个任务项进行处理，该函数会返回一个 Promise 对象或异步函数。

对于以上示例来说，在使用了 `asyncPool` 函数之后，对应的执行过程如下所示：

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i));
    await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout);
    // Call iterator (i = 1000)
    // Call iterator (i = 5000)
    // Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete...
    // 1000 finishes
    // Call iterator (i = 3000)
    // Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete...
    // 3000 finishes
    // Call iterator (i = 2000)
    // Itaration is complete, wait until running ones complete...
    // 5000 finishes
    // 2000 finishes
    // Resolves, results are passed in given array order `[1000, 5000, 3000, 2000]`.
    复制代码

通过观察以上的注释信息，我们可以大致地了解 `asyncPool` 函数内部的控制流程。下面我们先来分析 `asyncPool` 函数的 ES7 实现。

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2.2 asyncPool ES7 实现

async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
      const ret = []; // 存储所有的异步任务
      const executing = []; // 存储正在执行的异步任务
      for (const item of array) {
        // 调用iteratorFn函数创建异步任务
        const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
        ret.push(p); // 保存新的异步任务
    
        // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时，进行并发控制
        if (poolLimit <= array.length) {
          // 当任务完成后，从正在执行的任务数组中移除已完成的任务
          const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
          executing.push(e); // 保存正在执行的异步任务
          if (executing.length >= poolLimit) {
            await Promise.race(executing); // 等待较快的任务执行完成
          }
        }
      }
      return Promise.all(ret);
    }
    复制代码

在以上代码中，充分利用了 `Promise.all` 和 `Promise.race` 函数特点，再结合 ES7 中提供的 `async await` 特性，最终实现了并发控制的功能。利用 `await Promise.race(executing);` 这行语句，我们会等待 **正在执行任务列表** 中较快的任务执行完成之后，才会继续执行下一次循环。

asyncPool ES7 实现相对比较简单，接下来我们来看一下不使用 `async await` 特性要如何实现同样的功能。

2.3 asyncPool ES6 实现

在 ES6 的实现版本中，通过内部封装的 `enqueue` 函数来实现核心的控制逻辑。当 `Promise.race(executing)` 返回的 `Promise` 对象变成已完成状态时，才会调用 `enqueue` 函数，从 `array` 数组中获取新的待办任务。

#### 三、阿宝哥有话说 ####

在 `asyncPool` 这个库的 ES7 和 ES6 的具体实现中，我们都使用到了 `Promise.all` 和 `Promise.race` 函数。其中手写 `Promise.all` 是一道常见的面试题。刚好趁着这个机会，阿宝哥跟大家一起来手写简易版的 `Promise.all` 和 `Promise.race` 函数。

3.1 手写 Promise.all

**`Promise.all(iterable)`** 方法会返回一个 promise 对象，当输入的所有 promise 对象的状态都变成 `resolved` 时，返回的 promise 对象就会以数组的形式，返回每个 promise 对象 resolve 后的结果。当输入的任何一个 promise 对象状态变成 `rejected` 时，则返回的 promise 对象会 reject 对应的错误信息。

Promise.all = function (iterators) {
      return new Promise((resolve, reject) => {
        if (!iterators || iterators.length === 0) {
          resolve([]);
        } else {
          let count = 0; // 计数器，用于判断所有任务是否执行完成
          let result = []; // 结果数组
          for (let i = 0; i < iterators.length; i++) {
            // 考虑到iterators[i]可能是普通对象，则统一包装为Promise对象
            Promise.resolve(iterators[i]).then(
              (data) => {
                result[i] = data; // 按顺序保存对应的结果
                // 当所有任务都执行完成后，再统一返回结果
                if (++count === iterators.length) {
                  resolve(result);
                }
              },
              (err) => {
                reject(err); // 任何一个Promise对象执行失败，则调用reject()方法
                return;
              }
            );
          }
        }
      });
    };
    复制代码

需要注意的是对于 `Promise.all` 的标准实现来说，它的参数是一个可迭代对象，比如 Array、String 或 Set 等。

3.2 手写 Promise.race

**`Promise.race(iterable)`** 方法会返回一个 promise 对象，一旦迭代器中的某个 promise 对象 **resolved** 或 **rejected**，返回的 promise 对象就会 resolve 或 reject 相应的值。

Promise.race = function (iterators) {
      return new Promise((resolve, reject) => {
        for (const iter of iterators) {
          Promise.resolve(iter)
            .then((res) => {
              resolve(res);
            })
            .catch((e) => {
              reject(e);
            });
        }
      });
    };
    复制代码

本文阿宝哥带大家详细分析了 [async-pool][] 异步任务并发控制的具体实现，同时为了让大家能够更好地理解 [async-pool][] 的核心代码。最后阿宝哥还带大家一起手写简易版的 `Promise.all` 和 `Promise.race` 函数。其实除了 `Promise.all` 函数之外，还存在另一个函数 —— `Promise.allSettled`，该函数用于解决 `Promise.all` 存在的问题，感兴趣的小伙伴可以自行研究一下。

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