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前端宝典二十一：前端异步编程规范手写Promise、async、await

article 2024/11/20 13:45:13

本文主要探讨前端异步编程的处理方式、处理场景，并且手写Promise的全家桶，介绍async、await方法使用

一、异步处理方式有：

1. 回调函数

function fetchDate(callback) {
    setTimeout(() => {
        const date = new Date();
        callback(date);
    }, 1000);   
}
fetchDate((function(date) {
    console.log
}));

2. promise

const fetchPromise = (callback) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        resolve(callback);
        reject('Error');
    }).then((date) => {
        console.log(date);
    }).catch((err) => {
        console.log(err);
    })
}

3. async、await

async function name(params) {
    try {
        const data1 = await fecth('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts');
        const data2 = await fecth('https://jsonplaceholder.typicode.com/users');
        const data3 = await fecth('https://jsonplaceholder.typicode.com/comments');
    } catch (error) {
        console.log(error);
    }
}

4. 发布订阅模式

这里手写一个EventEmitter使用发布订阅模式实现异步操作：

class EventEmitter {
  constructor() {
    this.events = {};
  }

  on(eventName, callback) {
    if (!this.events[eventName]) {
      this.events[eventName] = [];
    }
    this.events[eventName].push(callback);
  }

  emit(eventName,...args) {
    if (this.events[eventName]) {
      this.events[eventName].forEach(callback => callback(...args));
    }
  }

  off(eventName, callback) {
    if (this.events[eventName]) {
      this.events[eventName] = this.events[eventName].filter(cb => cb!== callback);
    }
  }
}

const eventEmitter = new EventEmitter();

function asyncOperation() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Async operation completed!');
    }, 2000);
  });
}

async function performAsyncWithPubSub() {
  eventEmitter.on('operationCompleted', result => {
    console.log(result);
  });

  const result = await asyncOperation();
  eventEmitter.emit('operationCompleted', result);
}

performAsyncWithPubSub();

在这个例子中，我们创建了一个EventEmitter类来实现发布订阅模式。asyncOperation函数模拟一个异步操作，在两秒后返回一个结果。performAsyncWithPubSub函数使用发布订阅模式，在异步操作完成后发布一个事件，然后订阅这个事件的回调函数会被执行并打印出结果。

5. generator函数

6. promise all

const fetchRes = (res) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        resolve(res);
    }).then((data) => {
        return data
    }).catch((error) => {
        console.log(error);
    })
}
const fetchAll = () => {
    return Promise.all([fetchRes('res1'), fetchRes('res2')]).then((data) => {
        console.log(data);
    }).catch((error) => {
        console.log(error);
    }).finally(() => {
        console.log('done');
    })    
}

7. 预加载资源

import { Image } from 'react-native';

// 预加载图像
Image.prefetch('https://example.com/image.jpg')
 .then(() => console.log('Image preloaded successfully'))
 .catch(error => console.error('Error preloading image:', error));

8. addEvent Listener事件监听

二、异步处理场景

  1. 网络请求
  2. 定时任务
  3. 事件绑定
  4. 大量数据处理web worker
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
</head>

<body>
  <script>
    // 创建 Web Worker
    const worker = new Worker('worker.js');

    // 生成大量数据
    const largeData = Array.from({ length: 1000000 }, (_, i) => i);

    // 向 Web Worker 发送数据进行处理
    worker.postMessage(largeData);

    // 监听 Web Worker 的消息
    worker.addEventListener('message', event => {
      console.log('处理后的数据：', event.data);
    });
  </script>
</body>

</html>

Web Worker 文件（worker.js）：

self.addEventListener('message', event => {
  const data = event.data;
  // 模拟大量数据处理，这里只是简单地将每个元素乘以 2
  const processedData = data.map(item => item * 2);
  // 将处理后的数据发送回主页面
  self.postMessage(processedData);
});

主页面生成了一个包含一百万个数字的大量数据数组，并将其发送给 Web Worker 进行处理。Web Worker 接收到数据后，对每个元素进行简单的乘以 2 的操作，并将处理后的数据发送回主页面。主页面通过监听 Web Worker 的消息事件来获取处理后的数据并进行输出。
通过使用 Web Worker，可以在后台线程中异步处理大量数据，避免阻塞主页面的 UI 线程，提高应用的性能和响应性。

三、Promise

1、特点

  • Promise状态有Pending进行中、Rejected已失败、Fullfilled已成功
  • 状态不可逆，第一次成功就永久，是fullfilled，第一次失败就永久是rejected
  • Promise中有thorw的话，就相当于reject

2、代码实现一个Promise

要实现一个自建的MyPromise实例，需要根据Promise的特点进行几个方面的处理：

  • Promise的初始状态是pending
  • resolve、reject需要绑定this，确保永远指向当前的MyPromise实例
  • 状态非pending时不可变
  • 如果有throw相当于执行了reject，这里用try、catch实现

实现了以上的功能点，基本可以自建一个MyPromise实例了，不过还缺少then

  • then是绑定在Promise上的Promise.prototype.then
  • 第一个参数是resolved的回调函数，第二个参数是rejected的回调函数
  • then还可以链式调用
  • then是微任务，要在主任务完成后执行，因为都在微任务列表中

大体上有以下几个步骤：

  1. 声明一个类class HePromise，HePromise里创建私有属性：状态、value（resolve和reject处理传入then的value值）、resolves列表、rejects列表。
  2. constructor内绑定resolve、reject到this，保证永远指向当前的实例。
  3. resolve函数，状态不可逆，非pending时返回否则改为fulfilled，将传入的参数设置为this.value, 留作then时使用，将resolves内的resolve函数都从头一个个取出，执行函数。
  4. reject函数的思路和resolve一样，也是非pending时返回，否则状态改为rejected
  5. then函数返回一个新的实例对象HePromise，先处理状态，pengding时将resolve和reject传入对应的private列表，否则fulfilled执行resolve逻辑，rejected执行reject逻辑；resolve逻辑：如果传入的resolveFunc函数执行结果resolvedVal是HePromise对象，那么继续递归then，否则resolve(resolvedVal), 执行resolve函数；reject的部分逻辑也一样处理即可。
    官方提示注意：
    在使用then方法是，不要在then方法中定义rejected状态的回调函数，而应总是使用catch方法
type FuncType = (...args: any[]) => any;

type ExecutorFunc = (resolveFunc: FuncType, rejectFunc?: FuncType) => any;

enum STATUS {
  PENDING = 'pending',
  FULFILLED = 'fulfilled',
  REJECTED = 'rejected',
}

export class HePromise {
  private status = STATUS.PENDING;
  private value = undefined;
  private resolves: FuncType[] = [];
  private rejects: FuncType[] = [];

  constructor(executor: ExecutorFunc) {
    const { resolve, reject } = this;
    // executor是一个函数，它接受两个参数，通常被命名为 resolve 和 reject。
    //这两个参数本身也是函数
    //分别用于在异步操作成功时调用以改变 Promise 的状态为 fulfilled（完成）并传递结果值
    //以及在异步操作失败时调用以改变 Promise 的状态为 rejected（拒绝）并传递错误原因。
    executor(resolve, reject);
  }

  private resolve = (resolvedVal: any) => {
    const { resolves, status } = this;
    // 状态不可逆
    if (status !== STATUS.PENDING) return;
    this.status = STATUS.FULFILLED;
    // 将结果值设置为this.value，用于传入then
    this.value = resolvedVal;
    while (resolves.length) {
      const cb = resolves.shift();
      if (cb) cb(resolvedVal);
    }
  };

  private reject = (rejectedVal: any) => {
    const { rejects, status } = this;
    if (status !== STATUS.PENDING) return;
    this.status = STATUS.REJECTED;
    this.value = rejectedVal;
    while (rejects.length) {
      const cb = rejects.shift();
      if (cb) cb(rejectedVal);
    }
  };

  then(resolveFunc: FuncType, rejectFunc?: FuncType): HePromise {
  	// then函数传入两个方法，相当于resolve和reject
  	// 如果不是方法，返回参数为value的resolveFunc函数
    typeof resolveFunc !== 'function' ? (resolveFunc = value => value) : null;
    typeof rejectFunc !== 'function'
      ? (rejectFunc = reason => {
          throw new Error(reason instanceof Error ? reason.message : reason);
        })
      : null;

    return new HePromise((resolve, reject) => {
      const resolvedFn = (val: any) => {
        try {
          const resolvedVal = resolveFunc(val);
          resolvedVal instanceof HePromise
            ? resolvedVal.then(resolve, reject)
            : resolve(resolvedVal);
        } catch (error) {
          if (reject) reject(error);
        }
      };
      this.resolves.push(resolvedFn);

      const rejectedFn = (val: any) => {
        if (rejectFunc) {
          try {
            const rejectedVal = rejectFunc(val);
            rejectedVal instanceof HePromise
              ? rejectedVal.then(resolve, reject)
              : resolve(rejectedVal);
          } catch (error) {
            if (reject) reject(error);
          }
        }
      };

      switch (this.status) {
        case STATUS.PENDING:
          this.resolves.push(resolvedFn);
          this.rejects.push(rejectedFn);
          break;
        case STATUS.FULFILLED:
          resolvedFn(this.value);
          break;
        case STATUS.REJECTED:
          rejectedFn(this.value);
          break;
      }
    });
  }
}

3、Promise.all

1.Promise.all的特点：

  • 接受一个Promise数组，如果数组中有非Promise项，此项当做成功
  • 如果所有Promise都成功，则返回成功的结果数组
  • 如果有一个Promise失败，则返回这个失败结果

2.代码实例

const fetchDate = (str)=>{
	return new Promise((resolve,reject)=>{
		fetch(str)
		.then((response)=>{
			if(!response.ok){
				reject(new Error(`HTTP error! Status: ${response.status}`));
			}
			return response.json;
		}).then((data)=>{
			resolve(data);
		}).catch((error)=>{
			console.log(error)
		})
	})
}
const fetchAll = ()=>{
	return new Promise.all([fetchDate1,fetchDate2])
	.then((data)=>{
		console.log(data);
	}).catch((error)=>{
		console.log(error)
	})
}

3. 手写代码实现一个Promise.all

这个方法是一个静态方法，可以在实例上获取

new Promise().all([])

也可以在类上直接获取

Promise.all()

具体实现如下：
看到上面的代码实例，我们在手写实现的时候需要给每个promise实例加上两个参数status和value

static all(promises){
	let result = [];
	let count = 0;
	return new Promise((resolve,reject)=>{
		const addData = (index, value)=>{
			result[index] = value;
			count++;
			if(count === promises.length){
				resolve(result);
			}			
		}
		promises.forEach((promise, index)=>{
			if(promise instanceof Promise){
				promise.then((data)=>{
					addData(index,data)
				}).catch((e)=>
					reject(e);
					return;
				)
			} else {
				addData(index,promise)
			}
		})
	})
}

4、Promise.race

1. Promise.all的特点：

  • 接受一个Promise数组，如果数组中有非Promise项，此项当做成功
  • 哪个Promise最快得到结果，就返回那个结果，无论成功失败

2.代码实例

const arr = [fetchData1, fetchData2]
const promiseRace = (arr)=>{
	return new Promise.race((arr))
	.then((res)=>{
		return res
	}).catch((e)=>
		reject(e);
	)
}

3. 手写代码实现一个Promise.race

一样，我们还是用static格式来手写一个race方法

static race(promises){
	return new Promise((resolve,reject)=>{
		promises.forEach((promise)=>{
			if(promise instanceof Promise){
				promise.then((res)=>{
					resolve(res);
					return
				}).catch((err)=>{
					reject(err);
					return;
				})
			} else {
				resolve(err);
			}
		})
	})
}

5、Promise.allSettled

1. 与Promise.all()区别

与Promise.all()不同的是，Promise.allSettled()不会因为其中一个 promise 被拒绝而立即拒绝，而是会等待所有的 promise 都有结果后，无论结果是成功还是失败，都会将每个 promise 的状态和值或错误信息记录下来并返回。

2、代码实例

 const allSettled = (promises) => {
     return Promise.allSettled(promises)
     .then((promise) => {
         if (promise.status === 'fulfilled') {
             console.log(promise.value);      
         } else {
             console.log(promise.reason);
         }
     })
 }

3、手写代码实现allSettled

看到上面的代码实例，我们在手写实现的时候需要给每个promise实例加上两个参数status和value

const myAllSettled = (promises)=>{
	let res = [];
	let count = 0;
	return new Promise((resolve,reject)=>{
		const addData = (status, value, i)=>{
			res[i]={
				status,
				value
			};
			count++;
			if(count === promises.length){resolve(res)};
		}
	})
	promises.forEach((promise,index)=>{
		if(promise instanceof Promise){
			promise.then(res=>{
				addData('fullfilled', res, index);
			},err=>{
				addData('rejected', res, index);
			})
		} else {
			addData('fullfilled', promise, index);
		}
	})
}

6、Promise.any

1. Promise.any 介绍

Promise.any()方法接收一个可迭代对象（例如数组），其中包含多个 Promise 实例。这个方法返回一个新的 Promise，只要可迭代对象中的其中一个 Promise 成功，这个新的 Promise 就会成功，并且返回第一个成功的 Promise 的值。如果可迭代对象中的所有 Promise 都失败了，那么这个新的 Promise 就会失败，并返回一个AggregateError错误对象，这个错误对象包含所有失败的 Promise 的错误信息。

2.代码实例

any和all的区别就在于，any是任意一个就行，所以只返回一个

Promise.any([promise1, promise2, promise3])
.then(result => {
  console.log(result); // 'Success from promise3'
})
.catch(error => {
  console.error(error);
});

3、手写代码实现

function myPromiseAny(promises) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const errors = [];
    let fulfilledCount = 0;

    if (!Array.isArray(promises) || promises.length === 0) {
      return reject(new AggregateError([], "No Promises provided"));
    }

    for (let i = 0; i < promises.length; i++) {
      Promise.resolve(promises[i])
       .then(value => {
          resolve(value);
        })
       .catch(error => {
          errors.push(error);
          fulfilledCount++;
          if (fulfilledCount === promises.length) {
            reject(new AggregateError(errors));
          }
        });
    }
  });
}

四、手写一个scheduler

class Scheduler{
	constructor(maxCurrent){
		this.maxCurrent = maxCurrent;
		this.runningNum = 0;
		this.queue = []
	}
	add = (task)=>{
		return new Promise((resolve,reject)=>{
			this.queue.push({task,resolve,reject});
			this.runQueue()
		})
	}
	runQueue = ()=>{
		if(this.maxCurrent>this.runningNum&&this.queue.length>0){
			const{task, resolve,reject} = this.queue.shift();
			this.runningNum++;
			task()
			.then((res)=>{
				resolve(res);
			}).catch((err)=>{
				reject(err)
			}).finally(()=>{
				this.runningNum--;
				this.runQueue()
			})
		}
	}
}
const scheduler = new Scheduler(2);

在这个实现中，Scheduler 类接受一个参数 maxConcurrent，表示同时运行的最大任务数。通过维护一个任务队列和当前正在运行的任务计数，确保在任何时候都不会超过指定的最大并发数。当一个任务完成时，会从任务队列中取出下一个任务并执行。

五、async/ await

1、使用

  • 用同步方式执行异步操作，防止then不停嵌套
  • await只能在async函数中使用
  • 如果想起到同步效果，await后面最好跟Promise
  • async执行完会返回一个fullfilled状态的Promise，如果想得到返回值，就加一个return，有没有值就看return了
const fn = async(url)=>{
    const res1 = await fetchData(url);
    const res2 = await fetchData(res1.nextUrl);
   	return res2;
}

上面的代码就是一个一个执行，并且第一个执行的返回值传给了第二次作为参数，最后return返回最终结果。

2、手写代码实现async/ await

async/ await是generator的语法糖，区别在于

  • generator函数返回不是Promise，async返回Promise
  • generator需要执行相应的操作,才能等同于async排队效果
  • generator函数执行操作是不完善的,不确定有几个yield,不确定嵌套几次

因此我们基于generator函数手写async/ await的功能实现
首先是一个generator函数:

const f1 = (nums) => {
    return new Promise((resolve)=>{
        setTimeout(()=>{
            resolve(nums*2)
        },1000)
    })
}
const gen = function*() {
    const nums = yield f1(10);
    const num2 = yield f1(nums);
    return num2;
}

使用递归方法，将生成器函数产生的数据不断调用next()，直到执行完成，这里有一个判断是否执行完成的方法generator.next().done

const asyncPromise = (generatonFn) => {
    const generator = generatonFn();
    try {
        handleResult(generator.next());
    } catch (error) {
        return Promise.reject(error);
    }
    const handleResult = (result) => {
        if (result.done) {
            return Promise.resolve(result.value);
        }
        return Promise.resolve(result.value).then((res)=>{
            handleResult(generator.next(res))
        }).catch((error)=>{
            generator.throw(error);
        })
    }
}

四、为什么Promise没有取消机制

在JavaScript中，Promise是用于处理异步操作的对象，它代表一个异步操作的最终完成（或失败）及其结果值。然而，JavaScript的Promise并不提供内置的取消（cancel）机制。
Promise是经过了深思熟虑，才不自带取消功能的！！！

这篇文章，将围绕着设计的哲学，以及从状态机的角度，解释为什么不需要cancel。
即使如此，文章最后部分，还是会提供一些方法，来实现一下cancle。

设计的哲学

设计理念

Promise的设计初衷是为了简化回调函数的使用，使得处理异步操作的代码更加简洁和可读。其设计重点在于处理异步操作的成功和失败，而不是控制操作的生命周期。
取消机制会引入复杂性，尤其是对于依赖于多个Promise的情况，例如Promise.all或Promise.race。如果某个Promise被取消，其影响可能会传递给其他依赖于它的Promise，导致意外的行为和难以调试的问题。

资源管理

异步操作通常涉及到外部资源，如网络请求、定时器等。Promise取消机制需要能够正确管理和释放这些资源。实现一个通用且可靠的资源管理机制非常复杂，并且可能因不同的资源类型而异。

取消语义不明确

如果一个Promise可以被取消，那么需要明确如何处理其已完成的状态。特别是，处理已经部分完成或即将完成的操作，可能会导致不一致的状态。

状态机：简单就是美

Promise的状态机

在输入一个状态时，只得到一个固定的状态。
在这里插入图片描述

一个Promise可以被看作是一个简单的状态机，它有以下几种状态：

  • Pending（进行中） ：初始状态，表示异步操作尚未完成。
  • Fulfilled（已完成） ：表示异步操作成功完成，并返回了一个值。
  • Rejected（已拒绝） ：表示异步操作失败，并返回了一个原因（错误）。

状态转换规则如下：

  • 从Pending状态可以转换到Fulfilled状态。
  • 从Pending状态可以转换到Rejected状态。

一旦转换到Fulfilled或Rejected状态，Promise的状态就不可再改变。

取消功能的复杂性

引入取消功能意味着需要增加一个新的状态——“Cancelled（已取消）”。这会使状态机的设计变得更加复杂，因为需要考虑更多的状态转换和边界情况。
如果我们引入“Cancelled”状态，状态机的状态和转换规则将变成：

  1. Pending（进行中） ：

可以转换到Fulfilled。
可以转换到Rejected。
可以转换到Cancelled。

  1. Fulfilled（已完成） ：状态不可变。
  2. Rejected（已拒绝） ：状态不可变。
  3. Cancelled（已取消） ：状态不可变。

这种增加的复杂性会导致以下问题：

  • 状态转换冲突：需要明确地处理在Pending状态下多次转换的情况。例如，如果一个Promise在Pending状态下同时尝试转换到Fulfilled和Cancelled，应该优先处理哪一个？
  • 副作用处理：许多异步操作（如网络请求、文件读写等）具有副作用。取消这些操作需要确保所有相关的资源都被正确地清理，这不仅增加了实现的复杂性，还可能导致不一致的状态。
  • 链式操作：Promise通常被链式调用（ .then().catch() ）。如果一个中间的Promise被取消，如何处理后续链式操作也是一个难题。例如，Promise.all或Promise.race的行为如何改变？

如何实现取消功能

尽管标准的Promise没有内置的取消功能，可以通过一些方法来实现类似的功能。例如，使用AbortController来取消网络请求，或者使用自定义的Promise包装器来支持取消。

使用AbortController

对于Fetch API，可以使用AbortController来取消请求：

const controller = new AbortController();
const signal = controller.signal;

fetch('https://www.baidu.com', { signal })
  .then(response => response)
  .then(data => console.log(data))
  .catch(err => {
    if (err.name === 'AbortError') {
      console.log('Fetch aborted');
    } else {
      console.error('Fetch error:', err);
    }
  });

// 取消请求

controller.abort();

自定义Promise包装器
也可以创建一个支持取消的自定义Promise包装器：

class CancellablePromise {
  constructor(executor) {
    this._hasCanceled = false;
    
    this._promise = new Promise((resolve, reject) => {
      executor(
        value => this._hasCanceled ? reject({ canceled: true }) : resolve(value),
        reason => this._hasCanceled ? reject({ canceled: true }) : reject(reason)
      );
    });
  }
  
  cancel() {
    this._hasCanceled = true;
  }

  then(onFulfilled, onRejected) {
    return this._promise.then(onFulfilled, onRejected);
  }

  catch(onRejected) {
    return this._promise.catch(onRejected);
  }
}

// 使用自定义的CancellablePromise
const cancellablePromise = new CancellablePromise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve('Completed!'), 1000);
});

cancellablePromise.then(
  result => console.log(result),
  err => {
    if (err.canceled) {
      console.log('Promise was canceled');
    } else {
      console.error('Promise error:', err);
    }
  }
);

// 取消Promise

cancellablePromise.cancel();

虽然标准的Promise没有内置取消功能，但可以通过这些方法来实现取消逻辑，根据实际需求选择合适的方案。

结语

虽然JavaScript的Promise没有内置取消功能，但这并不意味着我们无法实现取消功能。通过理解Promise的设计哲学和状态机模型，我们可以更好地掌握其使用方法，并通过巧妙的编程技巧实现我们需要的功能


http://www.kler.cn/a/287247.html

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