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【Node Hero】3. 理解異步編程

kevin / 999人閱讀

摘要：異步編程在傳統(tǒng)編程實(shí)踐中，大多數(shù)操作都是同步發(fā)生的。中的異步編程異步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(xù)進(jìn)行。

本文轉(zhuǎn)載自：眾成翻譯
譯者：網(wǎng)絡(luò)埋伏紀(jì)事
鏈接：http://www.zcfy.cc/article/1759
原文：https://blog.risingstack.com/node-hero-async-programming-in-node-js/

本章我將指導(dǎo)你學(xué)習(xí)異步編程的原理，并向你展示如何在 JavaScript 和 Node.js 中實(shí)現(xiàn)異步編程。

異步編程

在傳統(tǒng)編程實(shí)踐中，大多數(shù) I/O 操作都是同步發(fā)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);
}

這背后發(fā)生了什么？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么事情都做不了。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，那么事件隊(duì)列就變得更糟糕：

(紅色塊表示在進(jìn)程等待外部資源的響應(yīng)而被阻塞時，黑色塊表示在代碼運(yùn)行時，綠色塊表示應(yīng)用的其余部分)

為解決這個問題，Node.js 引入了一種異步編程模型。

Node.js 中的異步編程 
異步 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(xù)進(jìn)行。

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 - 同時采用同步和異步的方式，目的是向你展示通過避免阻塞應(yīng)用程序，能實(shí)現(xiàn)什么。

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)

這里剛剛發(fā)生了什么？我們試圖用 fs 模塊的同步接口讀一個文件。它按預(yù)期方式工作 - content 變量會包含 file.md 的內(nèi)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，它什么事都做不了。

下面我們看看如何修復(fù)！

我們直到，在 JavaScript 中，異步編程只能用函數(shù)這個該語言的一等公民來實(shí)現(xiàn)：函數(shù)可以像所有其它變量一樣傳給其它函數(shù)。將其它函數(shù)作為參數(shù)的函數(shù)被稱為高階函數(shù)。

如下是一個高階函數(shù)的最簡單示例：

const numbers = [2,4,1,5,4]

function isBiggerThanTwo (num) {  
  return num > 2
}

numbers.filter(isBiggerThanTwo)

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

這就是回調(diào)誕生的方式：如果你把一個函數(shù)傳遞給另一個函數(shù)作為參數(shù)，那么就可以在另一個函數(shù)完成任務(wù)時，在該函數(shù)內(nèi)調(diào)用傳進(jìn)來的函數(shù)。不需要返回值，只用值調(diào)用另一個函數(shù)。

這些所謂錯誤優(yōu)先（error-first）的回調(diào)是 Node.js 本身的核心 - 核心模塊用了它，大多數(shù) 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)
})

這里要注意：

錯誤處理: 必須在回調(diào)中檢測錯誤，而不是用 try-catch 塊。

沒有返回值: 異步函數(shù)不返回值，但是值將被傳遞給回調(diào)。

下面我們對這個文件做點(diǎn)修改，看看它實(shí)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")

這段腳本的輸出將是：

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

正如你所見，一旦我們開始讀文件，執(zhí)行繼續(xù)，應(yīng)用程序打印出 end of the file。一旦文件讀取完成，我們的回調(diào)就只被調(diào)用一次。這怎么可能呢？迎接事件循環(huán)。

事件循環(huán)

事件循環(huán)是 Node.js / JavaScript 的核心 - 它負(fù)責(zé)安排異步操作。

在深入了解之前，要確保理解什么是事件驅(qū)動的編程。

事件驅(qū)動的編程是一種編程范式，在這種范式中程序流程是由事件決定的，比如用戶行為（鼠標(biāo)點(diǎn)擊、按鍵）、傳感器輸出或者其它程序/線程的消息。

實(shí)際上，它意味著應(yīng)用程序按照事件行事。

并且，我們在第一章已經(jīng)學(xué)過，從開發(fā)者的觀點(diǎn)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(yuǎn)離了這種復(fù)雜性。除了你的代碼，所有東西都是并行執(zhí)行的。

要更深入理解事件循環(huán)，請繼續(xù) youtube 上的視頻。

異步控制流

至此你已經(jīng)對 JavaScript 中的異步編程工作機(jī)制有了一個基本認(rèn)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(diào)地獄，可以做的一件事情是開始使用 async.js。

Async.js 幫助組織應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，讓流程控制更容易。

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

如下的代碼片段映射三個文件上的狀態(tài)：

async.parallel(["file1", "file2", "file3"], fs.stat, function (err, results) {  
    // 現(xiàn)在結(jié)果是是一個每個文件的狀態(tài)數(shù)組
})
Promises 
Promise 對象用于延遲及異步計(jì)算。一個 Promise 代表還沒有完成，但是未來會執(zhí)行的操作。

在實(shí)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))

當(dāng)然，如果使用一個有 Promise 接口的方法，那么 Promise 示例的行數(shù)也會少很多。

下一步：第一個 Node.js 服務(wù)器

下一章將會學(xué)習(xí)如何啟動第一個 Node.js HTTP 服務(wù)器。

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