JavaScript异步编程的4种实现方式详解

JavaScript异步编程概述

你可能了解，JavaScript语言的运行环境采用“单线程”（single thread）机制。

所谓“单线程”，意味着程序在同一时刻仅能执行一个任务。若存在多个任务，它们必须依次排队，只有当前面的任务执行完毕后，才能开始执行后续任务，依此类推。

这种模式的优势在于实现简单且运行环境相对纯粹；但其劣势在于，若某个任务耗时过长，后续所有任务都将被迫等待，从而拖慢整体程序的执行速度。常见的浏览器无响应（俗称假死）现象，往往就是因为某段JavaScript代码长时间运行（例如陷入死循环），导致整个页面卡顿，其他任务无法继续执行。

为应对这一挑战，JavaScript语言将任务的执行模式划分为两种：

“同步模式”即前文所述的模式，后一个任务需等待前一个任务结束方可执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序完全一致且同步；而“异步模式”则截然不同，每个任务包含一个或多个回调函数（callback）。当前任务结束后，程序不会直接执行下一个任务，而是执行回调函数；同时，后续任务无需等待前一个任务结束即可启动，因此程序的执行顺序与任务排列顺序不一致，呈现异步特征。

“异步模式”至关重要。在浏览器端，耗时较长的操作均应采用异步执行，以防止浏览器失去响应，Ajax操作便是最佳示例。在服务器端，“异步模式”甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，若允许同步执行所有HTTP请求，服务器性能将急剧下降，迅速导致响应丢失。

本文总结了“异步模式”编程的4种方法，理解它们能让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的JavaScript程序。

方法一：回调函数

这是异步编程最基本的方法。

假定有两个函数f1和f2，后者需等待前者的执行结果。

 
f1();
f2();

如果f1是一个很耗时的任务，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数。

 
function f1(callback){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
callback();
}, 1000);
　　} 

执行代码就变成下面这样：

 
f1(f2);

采用这种方式，我们把同步操作变成了异步操作，f1不会堵塞程序运行，相当于先执行程序的主要逻辑，将耗时的操作推迟执行。

回调函数的优点是简单、容易理解和部署，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（Coupling），流程会很混乱，而且每个任务只能指定一个回调函数。

方法二：事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的jQuery的写法）。

 
f1.on('done', f2);

上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：

 
function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
f1.trigger('done');
}, 1000);
　　} 

f1.trigger('done')表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2。

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以"去耦合"（Decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。

方法三：发布/订阅模式

上一节的"事件"，完全可以理解成"信号"。

我们假定，存在一个"信号中心"，某个任务执行完成，就向信号中心"发布"（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心"订阅"（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"（publish-subscribe pattern），又称"观察者模式"（observer pattern）。

这个模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

首先，f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。

 
jQuery.subscribe("done", f2);

然后，f1进行如下改写：

 
function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
jQuery.publish("done");
}, 1000);
　　} 

jQuery.publish("done")的意思是，f1执行完成后，向"信号中心"jQuery发布"done"信号，从而引发f2的执行。

此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。

 
jQuery.unsubscribe("done", f2);

这种方法的性质与"事件监听"类似，但是明显优于后者。因为我们可以通过查看"消息中心"，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

方法四：Promises对象

Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，目的是为异步编程提供统一接口。

简单说，它的思想是，每一个异步任务返回一个Promise对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数。比如，f1的回调函数f2,可以写成：

 
f1().then(f2);

f1要进行如下改写（这里使用的是jQuery的实现）：

 
function f1(){
var dfd = $.Deferred();
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
dfd.resolve();
}, 500);
return dfd.promise;
　　} 

这样写的优点在于，回调函数变成了链式写法，程序的流程可以看得很清楚，而且有一整套的配套方法，可以实现许多强大的功能。

比如，指定多个回调函数：

 
f1().then(f2).then(f3);

再比如，指定发生错误时的回调函数：

 
f1().then(f2).fail(f3);

而且，它还有一个前面三种方法都没有的好处：如果一个任务已经完成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点就是编写和理解，都相对比较难。