1、JavaScript异步编程的两个核心难点
异步I/O、事件驱动使得单线程的JavaScript得以在不阻塞UI的情况下执行网络、文件访问功能,且使之在后端实现了较高的性能。然而异步风格也引来了一些
麻烦,其中比较核心的问题是:
1、函数嵌套过深
JavaScript的异步调用基于回调函数,当多个异步事务多级依赖时,回调函数会形成多级的嵌套,代码变成金字塔型结构。这不仅使得代码变难看难懂,更使得
调试、重构的过程充满风险。
2、异常处理
回调嵌套不仅仅是使代码变得杂乱,也使得错误处理更复杂。这里主要讲讲异常处理。
2、异常处理
像很多时髦的语言一样,JavaScript 也允许抛出异常,随后再用一个try/catch 语句块捕获。如果抛出的异常未被捕获,大多数JavaScript环境都会提供一个
有用的堆栈轨迹。举个例子,下面这段代码由于'{'为无效JSON 对象而抛出异常。
function JSONToObject(jsonStr) {
return JSON.parse(jsonStr);
}var obj = JSONToObject('{');//SyntaxError: Unexpected end of input//at Object.parse (native)//at JSONToObject (/AsyncJS/stackTrace.js:2:15)//at Object.<anonymous> (/AsyncJS/stackTrace.js:4:11)12345678
堆栈轨迹不仅告诉我们哪里抛出了错误,而且说明了最初出错的地方:第4 行代码。遗憾的是,自顶向下地跟踪异步错误起源并不都这么直截了当。
异步编程中可能抛出错误的情况有两种:回调函数错误、异步函数错误。
1、回调函数错误
如果从异步回调中抛出错误,会发生什么事?让我们先来做个测试。
setTimeout(function A() {
setTimeout(function B() {
setTimeout(function C() {
throw new Error('Something terrible has happened!');
}, 0);
}, 0);
}, 0);1234567
上述应用的结果是一条极其简短的堆栈轨迹。
Error: Something terrible has happened!
at Timer.C (/AsyncJS/nestedErrors.js:4:13)12
等等,A 和B 发生了什么事?为什么它们没有出现在堆栈轨迹中?这是因为运行C 的时候,异步函数的上下文已经不存在了,A 和B 并不在内存堆栈里。这3 个函数都是从事件队列直接运行的。基于同样的理由,利用try/catch 语句块并不能捕获从异步回调中抛出的错误。另外回调函数中的return也失去了意义。
try {
setTimeout(function() {
throw new Error('Catch me if you can!');
}, 0);
} catch (e) {
console.error(e);
}1234567
看到这里的问题了吗?这里的try/catch 语句块只捕获setTimeout函数自身内部发生的那些错误。因为setTimeout 异步地运行其回调,所以即使延时设置为0,
回调抛出的错误也会直接流向应用程序。
总的来说,取用异步回调的函数即使包装上try/catch 语句块,也只是无用之举。(特例是,该异步函数确实是在同步地做某些事且容易出错。例如,Node 的
fs.watch(file,callback)就是这样一个函数,它在目标文件不存在时会抛出一个错误。)正因为此,Node.js 中的回调几乎总是接受一个错误作为其首个参
数,这样就允许回调自己来决定如何处理这个错误。
2、异步函数错误
由于异步函数是立刻返回的,异步事务中发生的错误是无法通过try-catch来捕捉的,只能采用由调用方提供错误处理回调的方案来解决。
例如Node中常见的function (err, ...) {...}回调函数,就是Node中处理错误的约定:即将错误作为回调函数的第一个实参返回。再比如HTML5中FileReader对
象的onerror函数,会被用于处理异步读取文件过程中的错误。
举个例子,下面这个Node 应用尝试异步地读取一个文件,还负责记录下任何错误(如“文件不存在”)。
var fs = require('fs');
fs.readFile('fhgwgdz.txt', function(err, data) {
if (err) { return console.error(err);
};
console.log(data.toString('utf8'));
});1234567
客户端JavaScript 库的一致性要稍微差些,不过最常见的模式是,针对成败这两种情形各规定一个单独的回调。jQuery 的Ajax 方法就遵循了这个模式。
$.get('/data', { success: successHandler, failure: failureHandler});1234
不管API 形态像什么,始终要记住的是,只能在回调内部处理源于回调的异步错误。
3、未捕获异常的处理
如果是从回调中抛出异常的,则由那个调用了回调的人负责捕获该异常。但如果异常从未被捕获,又会怎么样?这时,不同的JavaScript环境有着不同的游戏规
则……
1. 在浏览器环境中
现代浏览器会在开发人员控制台显示那些未捕获的异常,接着返回事件队列。要想修改这种行为,可以给window.onerror 附加一个处理器。如果
windows.onerror 处理器返回true,则能阻止浏览器的默认错误处理行为。
window.onerror = function(err) {
return true; //彻底忽略所有错误};123
在成品应用中, 会考虑某种JavaScript 错误处理服务, 譬如Errorception。Errorception 提供了一个现成的windows.onerror 处理器,它向应用服务器报告
所有未捕获的异常,接着应用服务器发送消息通知我们。
2. 在Node.js 环境中
在Node 环境中,window.onerror 的类似物就是process 对象的uncaughtException 事件。正常情况下,Node 应用会因未捕获的异常而立即退出。但只要至少
还有一个uncaughtException 事件处理器,Node 应用就会直接返回事件队列。
process.on('uncaughtException', function(err) {
console.error(err); //避免了关停的命运!});123
但是,自Node 0.8.4 起,uncaughtException 事件就被废弃了。据其文档所言,对异常处理而言,uncaughtException 是一种非常粗暴的机制,请勿使用uncaughtException,而应使用Domain 对象。
Domain 对象又是什么?你可能会这样问。Domain 对象是事件化对象,它将throw 转化为'error'事件。下面是一个例子。
var myDomain = require('domain').create();
myDomain.run(function() {
setTimeout(function() {
throw new Error('Listen to me!')
}, 50);
});
myDomain.on('error', function(err) {
console.log('Error ignored!');
});123456789
源于延时事件的throw 只是简单地触发了Domain 对象的错误处理器。
Error ignored!1
很奇妙,是不是?Domain 对象让throw 语句生动了很多。不管在浏览器端还是服务器端,全局的异常处理器都应被视作最后一根救命稻草。请仅在调试时才使
用它。
4、几种解决方案
下面对几种解决方案的讨论主要集中于上面提到的两个核心问题上,当然也会考虑其他方面的因素来评判其优缺点。
1、Async.js
首先是Node中非常著名的Async.js,这个库能够在Node中展露头角,恐怕也得归功于Node统一的错误处理约定。
而在前端,一开始并没有形成这么统一的约定,因此使用Async.js的话可能需要对现有的库进行封装。
Async.js的其实就是给回调函数的几种常见使用模式加了一层包装。比如我们需要三个前后依赖的异步操作,采用纯回调函数写法如下:
asyncOpA(a, b, (err, result) => { if (err) {
handleErrorA(err);
}
asyncOpB(c, result, (err, result) => { if (err) {
handleErrorB(err);
}
asyncOpB(d, result, (err, result) => { if (err) {
handlerErrorC(err);
}
finalOp(result);
});
});
});12345678910111213141516
如果我们采用async库来做:
async.waterfall([ (cb) => {
asyncOpA(a, b, (err, result) => {
cb(err, c, result);
});
}, (c, lastResult, cb) => {
asyncOpB(c, lastResult, (err, result) => {
cb(err, d, result);
})
}, (d, lastResult, cb) => {
asyncOpC(d, lastResult, (err, result) => {
cb(err, result);
});
}
], (err, finalResult) => { if (err) {
handlerError(err);
}
finalOp(finalResult);
});12345678910111213141516171819202122
可以看到,回调函数由原来的横向发展转变为纵向发展,同时错误被统一传递到最后的处理函数中。
其原理是,将函数数组中的后一个函数包装后作为前一个函数的末参数cb传入,同时要求:
每一个函数都应当执行其cb参数;cb的第一个参数用来传递错误。我们可以自己写一个async.waterfall的实现:
let async = {
waterfall: (methods, finalCb = _emptyFunction) => { if (!_isArray(methods)) { return finalCb(new Error('First argument to waterfall must be an array of functions'));
} if (!methods.length) { return finalCb();
} function wrap(n) {
if (n === methods.length) { return finalCb;
} return function (err, ...args) {
if (err) { return finalCb(err);
}
methods[n](...args, wrap(n + 1));
}
}
wrap(0)(false);
}
};12345678910111213141516171819202122
Async.js还有series/parallel/whilst等多种流程控制方法,来实现常见的异步协作。
Async.js的问题:
在外在上依然没有摆脱回调函数,只是将其从横向发展变为纵向,还是需要程序员熟练异步回调风格。
错误处理上仍然没有利用上try-catch和throw,依赖于“回调函数的第一个参数用来传递错误”这样的一个约定。
2、Promise方案
ES6的Promise来源于Promise/A+。使用Promise来进行异步流程控制,有几个需要注意的问题,把前面提到的功能用Promise来实现,需要先包装异步函数,使之能返回一个Promise:
function toPromiseStyle(fn) { return (...args) => { return new Promise((resolve, reject) => {
fn(...args, (err, result) => { if (err) reject(err);
resolve(result);
})
});
};
}12345678910
这个函数可以把符合下述规则的异步函数转换为返回Promise的函数:回调函数的第一个参数用于传递错误,第二个参数用于传递正常的结果。
接着就可以进行操作了:
let [opA, opB, opC] = [asyncOpA, asyncOpB, asyncOpC].map((fn) => toPromiseStyle(fn));opA(a, b)
.then((res) => { return opB(c, res);
})
.then((res) => { return opC(d, res);
})
.then((res) => { return finalOp(res);
})
.catch((err) => {
handleError(err);
});123456789101112131415
通过Promise,原来明显的异步回调函数风格显得更像同步编程风格,我们只需要使用then方法将结果传递下去即可,同时return也有了相应的意义:在每一个then的onFullfilled函数(以及onRejected)里的return,都会为下一个then的onFullfilled函数(以及onRejected)的参数设定好值。
如此一来,return、try-catch/throw都可以使用了,但catch是以方法的形式出现,还是不尽如人意。
3、Generator方案
ES6引入的Generator可以理解为可在运行中转移控制权给其他代码,并在需要的时候返回继续执行的函数。利用Generator可以实现协程的功能。
将Generator与Promise结合,可以进一步将异步代码转化为同步风格:
function* getResult() {
let res, a, b, c, d; try {
res = yield opA(a, b);
res = yield opB(c, res);
res = yield opC(d); return res;
} catch (err) { return handleError(err);
}
}1234567891011
然而我们还需要一个可以自动运行Generator的函数:
function spawn(genF, ...args) { return new Promise((resolve, reject) => { let gen = genF(...args); function next(fn) { try { let r = fn(); if (r.done) {
resolve(r.value);
}
Promise.resolve(r.value)
.then((v) => {
next(() => { return gen.next(v);
});
}).catch((err) => {
next(() => { return gen.throw(err);
})
});
} catch (err) {
reject(err);
}
}
next(() => { return gen.next(undefined);
});
});
}123456789101112131415161718192021222324252627282930
用这个函数来调用Generator即可:
spawn(getResult)
.then((res) => {
finalOp(res);
})
.catch((err) => {
handleFinalOpError(err);
});1234567
可见try-catch和return实际上已经以其原本面貌回到了代码中,在代码形式上也已经看不到异步风格的痕迹。
类似的功能有co/task.js等库实现。
4、ES7的async/await
ES7中将会引入async function和await关键字,利用这个功能,我们可以轻松写出同步风格的代码,同时依然可以利用原有的异步I/O机制。
采用async function,我们可以将之前的代码写成这样:
async function getResult() { let res, a, b, c, d; try {
res = await opA(a, b);
res = await opB(c, res);
res = await opC(d); return res;
} catch (err) { return handleError(err);
}
}
getResult();12345678910111213
和Generator & Promise方案看起来没有太大区别,只是关键字换了换。实际上async function就是对Generator方案的一个官方认可,将之作为语言内置功能。
async function的缺点:
await只能在async function内部使用,因此一旦你写了几个async function,或者使用了依赖于async function的库,那你很可能会需要更多asyncfunction。
目前处于提案阶段的async function还没有得到任何浏览器或Node.JS/io.js的支持。Babel转码器也需要打开实验选项,并且对于不支持Generator的浏览器来
说,还需要引进一层厚厚的regenerator runtime,想在前端生产环境得到应用还需要时间。
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