图解JavaScript——代码实现【2】（重点是Promise、Async、发布/订阅原理实现）
前端迷
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2020-10-12 17:16
本节主要阐述六种异步方案:回调函数、事件监听、发布/订阅、Promise、Generator和Async。其中重点是发布/订阅、Promise、Async的原理实现，通过对这几点的了解，希望我们前端切图仔能够在修炼内功的路上更进一步。
一、六种异步方案
1.1 回调函数
异步编程的最基本方法，把任务的第二段单独写在一个函数里面，等到重新执行这个任务的时候，就直接调用这个函数。
优点：简单、容易理解和实现。
缺点：多次调用会使代码结构混乱，形成回调地狱。
function sleep(time, callback) {
setTimeout(() => {
// 一些逻辑代码
callback();
}, time);
}
1.2 事件监听
异步任务的执行不取决于代码的执行顺序，而取决于某个事件是否发生。
优点：易于理解，此外对于每个事件可以指定多个回调函数，而且可以“去耦合”，有利于实现模块化。
缺点：整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。
dom.addEventListener('click', () => {
console.log('dom被点击后触发！！！');
})
1.3 发布/订阅
发布/订阅模式在观察者模式的基础上，在目标和观察者之间增加一个调度中心。订阅者（观察者）把自己想要订阅的事件注册到调度中心，当该事件触发的时候，发布者（目标）发布该事件到调度中心，由调度中心统一调度订阅者注册到调度中心的处理代码。
1.4 Promise
Promise 是异步编程的一种解决方案，是为解决回调函数地狱这个问题而提出的，它不是新的语法功能，而是一种新的写法，允许将回调函数的嵌套改为链式调用。
优点：将回调函数的嵌套改为了链式调用；使用then方法以后，异步任务的两端执行看的更加清楚。
缺点：Promise 的最大问题是代码冗余，原来的任务被 Promise 包装了一下，不管什么操作，一眼看去都是一堆then，原来的语义变得很不清楚。
const promise = new Promise((resolve, reject) => {
if (/*如果异步成功*/) {
resolve(value);
} else {
reject(error);
}
});
promise.then((value) => {
// ...success
}, (reason) => {
// ...failure
})
1.5 Generator
Generator 函数是ES6提供的一种异步编程解决方案，语法行为与传统函数完全不同。其最大特点是可以控制函数的执行。
优点：异步操作表示的很简洁，此外可以控制函数的执行。
缺点：流程管理不方便，不能实现自动化的流程管理。
function* genF() {
yield 'come on!';
yield 'Front End Engineer';
return 'goood';
}
const gF = genF();
gF.next();// {value: "come on!", done: false}
gF.next();// {value: "Front End Engineer", done: false}
gF.next();// {value: "goood", done: true}
gF.next();// {value: undefined, done: true}
1.6 Async
ES2017 标准引入了async函数，使得异步操作变得更加方便。简言之，该函数就是Generator函数的语法糖。
优点：内置执行器，可以自动执行；语义相比Generator更加清晰；返回值是Promise，比Generator函数的返回值是Iterator对象操作更加方便。
增加学习成本。
async function asyncFun() {
await func1()
await func2();
return '666';
}
function func1() {
return new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => {
resolve('888')
}, 100);
}).then((value) => {
console.log(value);
});
}
function func2() {
return new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => {
resolve('777')
});
}).then((value) => {
console.log(value);
});
}
asyncFun().then((value) => {
console.log(value);
});
// 888
// 777
// 666
二、Promise原理实现
不管是实际开发中还是面试过程中，各位老铁们对Promise肯定不会陌生，下面就让我们一起来唠一唠Promsie的实现原理，根据PromiseA+规范来进行实现，然后对其相关的静态方法（Promise.resolve()、Promise.reject()、Promise.all()、Promise.race()）和实例方法（Promise.prototype.catch()、Promise.prototype.finally()）进行实现。
2.1 思考一下
首先用一幅图来展示一下我考虑实现这个函数的思路吧。
2.2 根据Promise/A+规范实现Promise
人家有相关标准，我们就要遵守，毕竟遵纪守法才是好公民，现在只能硬着头皮把这个标准过一遍。
下面就是基于Promise/A+规范实现的代码，已经经过promises-aplus-tests库进行了验证。
const PENDING = 'pending';
const FULFILLED = 'fulfilled';
const REJECTED = 'rejected';
/**
* Promise构造函数
* excutor: 内部同步执行的函数
*/
class Promise {
constructor(excutor) {
const self = this;
self.status = PENDING;
self.onFulfilled = [];// 成功的回调
self.onRejected = [];// 失败的回调
// 异步处理成功调用的函数
// PromiseA+ 2.1 状态只能由Pending转为fulfilled或rejected；fulfilled状态必须有一个value值；rejected状态必须有一个reason值。
function resolve(value) {
if (self.status === PENDING) {
self.status = FULFILLED;
self.value = value;
// PromiseA+ 2.2.6.1 相同promise的then可以被调用多次，当promise变为fulfilled状态，全部的onFulfilled回调按照原始调用then的顺序执行
self.onFulfilled.forEach(fn => fn());
}
}
function reject(reason) {
if (self.status === PENDING) {
self.status = REJECTED;
self.reason = reason;
// PromiseA+ 2.2.6.2 相同promise的then可以被调用多次，当promise变为rejected状态，全部的onRejected回调按照原始调用then的顺序执行
self.onRejected.forEach(fn => fn());
}
}
try {
excutor(resolve, reject);
} catch (e) {
reject(e);
}
}
then(onFulfilled, onRejected) {
// PromiseA+ 2.2.1 onFulfilled和onRejected是可选参数
// PromiseA+ 2.2.5 onFulfilled和onRejected必须被作为函数调用
// PromiseA+ 2.2.7.3 如果onFulfilled不是函数且promise1状态是fulfilled，则promise2有相同的值且也是fulfilled状态
// PromiseA+ 2.2.7.4 如果onRejected不是函数且promise1状态是rejected，则promise2有相同的值且也是rejected状态
onFulfilled = typeof onFulfilled === 'function' ? onFulfilled : value => value;
onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : reason => { throw reason };
const self = this;
const promise = new Promise((resolve, reject) => {
const handle = (callback, data) => {
// PromiseA+ 2.2.4 onFulfilled或者onRejected需要在自己的执行上下文栈里被调用，所以此处用setTimeout
setTimeout(() => {
try {
// PromiseA+ 2.2.2 如果onFulfilled是函数，则在fulfilled状态之后调用，第一个参数为value
// PromiseA+ 2.2.3 如果onRejected是函数，则在rejected状态之后调用，第一个参数为reason
const x = callback(data);
// PromiseA+ 2.2.7.1 如果onFulfilled或onRejected返回一个x值，运行这[[Resolve]](promise2, x)
resolvePromise(promise, x, resolve, reject);
} catch (e) {
// PromiseA+ 2.2.7.2 onFulfilled或onRejected抛出一个异常e，promise2必须以e的理由失败
reject(e);
}
})
}
if (self.status === PENDING) {
self.onFulfilled.push(() => {
handle(onFulfilled, self.value);
});
self.onRejected.push(() => {
handle(onRejected, self.reason);
})
} else if (self.status === FULFILLED) {
setTimeout(() => {
handle(onFulfilled, self.value);
})
} else if (self.status === REJECTED) {
setTimeout(() => {
handle(onRejected, self.reason);
})
}
})
return promise;
}
}
function resolvePromise(promise, x, resolve, reject) {
// PromiseA+ 2.3.1 如果promise和x引用同一对象，会以TypeError错误reject promise
if (promise === x) {
reject(new TypeError('Chaining Cycle'));
}
if (x && typeof x === 'object' || typeof x === 'function') {
// PromiseA+ 2.3.3.3.3 如果resolvePromise和rejectPromise都被调用，或者对同一个参数进行多次调用，那么第一次调用优先，以后的调用都会被忽略。
let used;
try {
// PromiseA+ 2.3.3.1 let then be x.then
// PromiseA+ 2.3.2 调用then方法已经包含了该条（该条是x是promise的处理）。
let then = x.then;
if (typeof then === 'function') {
// PromiseA+ 2.3.3.3如果then是一个函数，用x作为this调用它。第一个参数是resolvePromise，第二个参数是rejectPromise
// PromiseA+ 2.3.3.3.1 如果resolvePromise用一个值y调用，运行[[Resolve]](promise, y)
// PromiseA+ 2.3.3.3.2 如果rejectPromise用一个原因r调用，用r拒绝promise。
then.call(x, (y) => {
if (used) return;
used = true;
resolvePromise(promise, y, resolve, reject)
}, (r) => {
if (used) return;
used = true;
reject(r);
})
} else {
// PromiseA+ 如果then不是一个函数，变为fulfilled状态并传值为x
if (used) return;
used = true;
resolve(x);
}
} catch (e) {
// PromiseA+ 2.3.3.2 如果检索属性x.then抛出异常e，则以e为原因拒绝promise
// PromiseA+ 2.3.3.4 如果调用then抛出异常，但是resolvePromise或rejectPromise已经执行，则忽略它
if (used) return;
used = true;
reject(e);
}
} else {
// PromiseA+ 2.3.4 如果x不是一个对象或函数，状态变为fulfilled并传值x
resolve(x);
}
}
2.2 其他方法
按照Promise/A+规范实现了Promise的核心内容，但是其只实现了Promise.prototype.then()方法，那其它方法呢？下面我们就唠一唠其它方法，包括静态方法（Promise.resolve()、Promise.reject()、Promise.all()、Promise.race()）和实例方法（Promise.prototype.catch()、Promise.prototype.finally()）。
2.2.1 Promise.resolve()
class Promise {
// ...
// 将现有对象转为 Promise 对象
static resolve(value) {
// 如果参数是 Promise 实例，那么Promise.resolve将不做任何修改、原封不动地返回这个实例。
if (value instanceof Promise) return value;
// 参数是一个thenable对象（具有then方法的对象）,Promise.resolve方法会将这个对象转为 Promise 对象，然后就立即执行thenable对象的then方法。
if (typeof value === 'object' || typeof value === 'function') {
try {
let then = value.then;
if (typeof then === 'function') {
return new Promise(then.bind(value));
}
} catch (e) {
return new Promise((resolve, reject) => {
reject(e);
})
}
}
// 参数不是具有then方法的对象，或根本就不是对象,Promise.resolve方法返回一个新的 Promise 对象，状态为resolved。
return new Promise((resolve, reject) => {
resolve(value);
})
}
}
2.2.2 Promise.reject()
class Promise {
// ...
// 返回一个新的 Promise 实例，该实例的状态为rejected。
static reject(reason) {
return new Promise((resolve, reject) => {
reject(reason);
})
}
}
2.2.3 Promise.all()
class Promise {
// ...
// 用于将多个 Promise 实例，包装成一个新的 Promise 实例。只有所有状态都变为fulfilled，p的状态才会是fulfilled
static all(promises) {
const values = [];
let resolvedCount = 0;
return new Promise((resolve, reject) => {
promises.forEach((p, index) => {
Promise.resolve(p).then(value => {
resolvedCount++;
values[index] = value;
if (resolvedCount === promises.length) {
resolve(values);
}
}, reason => {
reject(reason);
})
})
})
}
}
2.2.4 Promise.race()
class Promise {
// ...
// 只要有一个实例率先改变状态，状态就跟着改变。那个率先改变的 Promise 实例的返回值，就传递给回调函数。
static race(promises) {
return new Promise((resolve, reject) => {
promises.forEach((p, index) => {
Promise.resolve(p).then(value => {
resolve(value);
}, reason => {
reject(reason);
})
})
})
}
}
2.2.5 Promise.catch()
class Promise {
// ...
// 是.then(null, rejection)或.then(undefined, rejection)的别名，用于指定发生错误时的回调函数。
catch(onRejected) {
return this.then(undefined, onRejected);
}
}
2.2.6 Promise.finally()
class Promise {
// ...
// 用于指定不管 Promise 对象最后状态如何，都会执行的操作。
finally(callback) {
return this.then(
value => Promise.resolve(callback()).then(() => value),
reason => Promise.resolve(callback()).then(() => { throw reason })
)
}
}
三、Async原理实现
在开发过程中常用的另一种异步方案莫过于Async，通过async函数的引入使得异步操作变得更加方便。实质上，async是Generator的语法糖，最大的亮点是async内置执行器，调用后即可自动执行，不像Generator需要调用next()方法才能执行。
这是Async的实现原理，即将Generator函数作为参数放入run函数中，最终实现自动执行并返回Promise对象。
function run(genF) {
// 返回值是Promise
return new Promise((resolve, reject) => {
const gen = genF();
function step(nextF) {
let next;
try {
// 执行该函数，获取一个有着value和done两个属性的对象
next = nextF();
} catch (e) {
// 出现异常则将该Promise变为rejected状态
reject(e);
}
// 判断是否到达末尾，Generator函数到达末尾则将该Promise变为fulfilled状态
if (next.done) {
return resolve(next.value);
}
// 没到达末尾，则利用Promise封装该value，直到执行完毕，反复调用step函数，实现自动执行
Promise.resolve(next.value).then((v) => {
step(() => gen.next(v))
}, (e) => {
step(() => gen.throw(e))
})
}
step(() => gen.next(undefined));
})
}
四、发布/订阅实现
更加详细内容可以参考《图解23种设计模式》
发布/订阅模式在观察者模式的基础上，在目标和观察者之间增加一个调度中心。订阅者（观察者）把自己想要订阅的事件注册到调度中心，当该事件触发的时候，发布者（目标）发布该事件到调度中心，由调度中心统一调度订阅者注册到调度中心的处理代码。
// 发布订阅（TypeScript版）
interface Publish {
registerObserver(eventType : string, subscribe : Subscribe) : void;
remove(eventType : string, subscribe ?: Subscribe) : void;
notifyObservers(eventType : string) : void;
}
interface SubscribesObject{
[key : string] : Array
}
class ConcretePublish implements Publish {
private subscribes : SubscribesObject;
constructor() {
this.subscribes = {};
}
registerObserver(eventType : string, subscribe : Subscribe) : void {
if (!this.subscribes[eventType]) {
this.subscribes[eventType] = [];
}
this.subscribes[eventType].push(subscribe);
}
remove(eventType : string, subscribe ?: Subscribe) : void {
const subscribeArray = this.subscribes[eventType];
if (subscribeArray) {
if (!subscribe) {
delete this.subscribes[eventType];
} else {
for (let i = 0; i < subscribeArray.length; i++) {
if (subscribe === subscribeArray[i]) {
subscribeArray.splice(i, 1);
}
}
}
}
}
notifyObservers(eventType : string, ...args : any[]) : void {
const subscribes = this.subscribes[eventType];
if (subscribes) {
subscribes.forEach(subscribe => subscribe.update(...args))
}
}
}
interface Subscribe {
update(...value : any[]) : void;
}
class ConcreteSubscribe1 implements Subscribe {
public update(...value : any[]) : void {
console.log('已经执行更新操作1，值为', ...value);
}
}
class ConcreteSubscribe2 implements Subscribe {
public update(...value : any[]) : void {
console.log('已经执行更新操作2，值为', ...value);
}
}
function main() {
const publish = new ConcretePublish();
const subscribe1 = new ConcreteSubscribe1();
const subscribe2 = new ConcreteSubscribe2();
publish.registerObserver('1', subscribe1);
publish.registerObserver('2', subscribe2);
publish.notifyObservers('2', '22222');
}
main();
相关章节
图解JavaScript——代码实现【1】
图解JavaScript————基础篇
图解JavaScript————进阶篇
图解23种设计模式（TypeScript版）
参考链接
Prmose/A+
Promise源码实现
ES6入门教程
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