Javascript异步编程之一异步原理

本系列的例子主要针对node.js环境，但浏览器端的原理应该也是类似的。

本人也是Javascript新手，把自己这段时间学习积累的要点总结下来，希望可以对同样在学习Javascript/node.js的同学有一些参考价值。尽量用通俗的语言帮助大家理解，如果有描述或理解不准确的地方欢迎大家指正，交流。另外本文假定你已经对javascript的语法和异步有一些基本的概念。

 

本系列会按一般学习异步编程的顺序，首先介绍一下异步的原理，然后介绍各种异步编程的方法，从回调函数开始，然后慢慢进入Promise和Generator等对异步编程体验进行改进的技术。期间也会大概提一下事件监听方式的异步调用，但是因为太多的事件监听会让程序流程变的不清晰，所以不太推荐（其实事件模式本质上也是回调函数）。Promise和Generator才是到目前为止(ES6)，最好的异步编程方式。后面也会分享一下自己所理解的这两种方式的对比（网上也有很多争论）。ES7提出了更好的改进方案，希望很快可以抽出时间研究一下，这是后话:)

 

好，进入本节的正文。

 

什么是异步？同步异步与阻塞非阻塞有什么关系？

 

node.js的“一切皆异步”的思想很有创意，目的是可以让开发者轻松编写高性能的web服务端，而不会“不小心”就用同步api阻塞了服务器从而影响性能。其他的语言比如php, python, java等基于同步的语言，虽然也有异步api，但毕竟编程人员的“思想上是同步的”，有时候不可避免的会写出阻塞的代码，node.js的目标是造就“思想上是完全异步”的编程人员和编程语言:)

 

异步跟同步最大的不同就是异步api或函数被“调用”后不会等它运行结束再执行它后面的代码，而是调用之后直接往下执行，异步函数的“执行”实际上是放在“其他地方”，待“执行”完成后再把结果通过回调函数来进行进一步的使用或处理（所以异步函数书写的时候不要用"return"来返回值哦，必须通过回调函数来返回值）。这里为什么强调“调用”和“执行”两个词呢？就是为了更好的理解异步的过程。

 

打个比喻，你的领导要做个电子报表，笨领导的做法是，在自己电脑上把该统计的统计了，该算的算了，最后生成一张报表，然后用这个报表做接下去的工作；聪明的领导，会发个邮件给下属，把报表的要求写清楚，下属在自己的电脑上把报表做完后，发个邮件把报表交回给领导。在下属做报表的时候，领导可以在自己电脑上继续做其他事情，比如玩游戏、看视频等等（你懂的）。

 

在上面这个例子中，领导是编程者（你），领导的电脑是当前线程，下属的电脑是另一个线程（如果有多个下属就相当于有个线程池）。做报表这件工作是个异步函数，发邮件给下属相当于调用这个函数，下属电脑上做报表相当于在另一个线程异步执行这个函数，执行完了发邮件把报表发回给领导相当于调用回调函数，领导就可以使用这个报表接着做下面的工作（相当于回掉函数里面的代码）。下属做报表的时候领导完全不用管而是可以继续干其他事情。

 

通过这个例子可以清楚的看到，领导只能在他自己的电脑（用户线程）上工作，异步的函数都是在下属的电脑上（异步线程）做的。这一点在很多文章当中并没有讲的很清楚，所以容易造成困扰，因为很多人只是一味的强调javascript是单线程的，但单线程怎么能实现异步呢？就并没有讲清楚。其实所谓的单线程是指用户线程是单线程，而另外还有一个或多个线程处理异步代码的执行。

 

接下来再说说阻塞的问题。很多文章里面在讲解的时候同步异步阻塞非阻塞混为一团，新手很难理解，最容易产生的误解就是同步=阻塞，异步=非阻塞。其实阻塞非阻塞跟同步异步没有任何关系。简单讲，阻塞就是一个api或者函数运行时间过长，而独占cpu导致其他代码不能运行，那么多长时间算阻塞呢？相信这只是一个相对的概念，只要明显影响到程序的性能和用户体验，就算阻塞吧。那跟同步异步是什么关系呢？阻塞的代码如果同步执行就会阻塞到自己后面代码的运行，所以自然而然的就想到异步来执行阻塞的代码，然而异步真能解决阻塞问题吗？下面继续讲。

 

node.js里面的异步

 

大家知道Javascript的基本语法跟其他编程语言大同小异，最大的不同就是把异步摆在首位，特别是node.js更是大部分api都是异步的，小量同步api。这与其他大部分语言刚好相反，也给习惯于同步编程思维的同学造成了很大的困扰，就是常说的转不过弯来，习惯性的认为代码是按顺序一行一行的往下执行。

 

上面介绍了异步非阻塞的概念，那么具体到node.js是怎么实现的呢？这里又会涉及到I/O的概念，具体不讲I/O的细节（操作系统原理都会讲），关键就一点，I/O操作通常比较耗时但不会独占CPU，典型的I/O比如文件读写，远程数据库读写，网络请求等。 先讲耗时，如果用同步API来进行I/O操作，在返回结果之前就只能等待，所以最好的办法上面已经讲过，就是进行异步操作。接着说一下不会霸占CPU的好处。在node.js进程里面，有一个用户线程（javascript所宣称的单线程）和一个异步线程池（用户无法直接访问）， 如果跑在异步线程上的代码是阻塞的，那么这种异步根本就起不到消除阻塞的作用，为什么？原因就是阻塞代码会霸占cpu，导致本进程所有代码都等待不管是哪个线程。但是，，，刚刚讲的node.js里面的I/O API都是不会霸占CPU的，所以是非阻塞的，就不会出现这个问题。这就是node.js的最引以为傲的特性之一：异步非阻塞I/O.

 

上面只是强调异步非阻塞，那么对于真正的阻塞代码，node.js怎么办呢？不好意思。。。单个node.js进程真无能为力，跟同步编程语言相比没什么优势，只能用传统的方式，多进程，多开几个node.js进程，甚至多开几个服务器。任何语言都有它的强项和弱项，node.js的强项就是它本来的设计初衷：让开发者能够轻松的编写高性能的web服务器（进行的最多的就是网络和数据库的I/O操作），而不是做大量的CPU密集型的运算（不过我赶脚，就算要做很多阻塞操作，用多进程和多服务器又有何不可？node.js对此提供了足够的支持）。这样算是回答了上一小节最后的问题了吧:)

 

要理解javascript异步编程和其他语言同步编程的区别，可以从一个最简单的例子开始。在同步为主的语言中，如果需要等待10秒钟，通常是类似sleep 10之类的语句，在10秒之内整个进程挂起，也就是阻塞10秒。但javascript不是这样，它是使用setTimeout函数，从字面意思就已经可以看出区别了， 设一个timeout的时间， 在这段时间内cpu可以继续运行其他代码， 等10秒时间到了， 就用回调函数的形式来做应该10秒之后才做的事情。

 

到此，这一节异步编程的原理大概就概括了一下，在进一步深入学习异步编程之前一定要理解的概念。以上都是自己的理解，错误或不准确的地方还望不吝赐教:)

 

下一节会介绍最基础的javascript的异步编程方式：回调函数，所有其他方式都是基于它的改进。

 

附注：也许是我读得书少:) 这么久以来没有发现网上有对异步编程讲解的很透彻的文章，在自己学习过的资料当中，朴灵的《深入浅出node.js》是讲解的最深入透彻的，强烈推荐。

 

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