3.5　Node.js的異步編程風格

在本書的第1章介紹過Node.js是一個異步運行環境，異步意味著調用函數后結果不是立即返回，而是在未來的時刻再通知給調用者。Node.js使用最廣泛的異步編程風格是基于回調函數來實現的。

截止本書出版時，Node.js可以使用以下幾種異步編程風格：

·　回調函數

·　Promise

·　async/await

回調函數是最早出現的，也是最煩瑣的，實際應用中不推薦以回調函數的形式進行異步調用。原因是多個異步操作有順序依賴時，會產生如下代碼：

3.5.1　回調函數

Node.js異步編程是通過回調函數來實現的，但不能說使用回調函數就異步了。

如下代碼是基于回調函數的實現，但不是異步的：

function test(callback) {
  callback(1);
}

test(function(data) {
  console.log(data);
});

回調函數在完成任務后就會被調用，Node.js使用了大量回調函數，幾乎所有的API都支持回調函數。

由于調用接口存在成功或失敗的情況，而基于回調函數的編程無法使用標準JS中的拋出錯誤和捕獲錯誤的方法。因此只能將錯誤對象作為回調參數來調用回調函數。

Node.js中回調函數的風格是統一的，這樣給我們編程帶來了很大的方便。異步函數的簽名如下：

func(param..., callback(Error, data))

·　param調用API的參數。如讀取文件時傳遞的文件路徑，支持多個參數。

·　callback(Error, data...)回調函數。Node.js中回調函數的第一個參數永遠是Error對象，之后才是調用成功的結果，如果沒有出錯，第一個參數為null。

例如，我們讀取位于桌面的data.txt文件：

3.5.2　Promise

1．基本知識

Promise對象用于表示一個異步操作的最終完成（或失敗）及其結果值。

一個Promise有以下幾種狀態：

·　pending：初始狀態

·　fulfilled：操作成功

·　rejected：操作失敗

Promise只會從pending轉換為fulfilled或者rejected，整個轉換只發生一次。

Promise構造函數接收一個執行函數，該函數接收resolve和reject兩個回調函數，當執行函數運行成功時需調用resolve，執行錯誤時需調用reject。

Promise構造函數的簽名如下：

function Promise(function(resolve, reject): Promise {
   // 原來的異步邏輯
});

一旦Promise發生狀態變化，就會觸發then方法，then方法簽名如下：

Promise.prototype.then = function(onFulfilled[, onRejected]): Promise

·　onFulfilled Promise：執行成功時回調。

·　onRejected Promise：執行出錯時回調，該參數是可選的。

·　then方法：返回一個新的Promise對象，因此Promise支持鏈式調用。

由于then的第二個參數onRejected參數是可選的，因此Promise的原型上提供了catch方法來捕獲異步錯誤，catch方法簽名如下：

Promise.prototype.catch = function(onRejected): Promise

·　onRejected Promise：執行出錯時回調。

·　catch方法：返回一個新的Promise對象。

2．基本使用

Promise是為了解決異步編程問題而出現的，因此可以基于Promise來優化上文中讀取文件的例子：

3．鏈式調用

Promise的then或catch回調函數的返回值會作為下一個then/catch的輸入參數，因此可以通過鏈式Promise來扁平化嵌套的回調函數。

如果需要依次讀取兩個文件，那么就需要嵌套一層回調函數。如果依賴的異步操作越多，響應的嵌套層級也會越大，給代碼的可讀性和可維護性帶來困難。

多個Promise鏈式調用時一旦有一個出錯，整個調用鏈就會終止，然后回調catch函數。

通過鏈式調用，困擾多年的Node.js回調嵌套問題終于得到了第一次解決。

4．其他操作

Promise.resolve(value)

返回一個狀態由value決定的Promise對象。value有以下幾種取值：

·　Promise。value本身是Promise的情況下，返回的Promise值由value這個Promise決定。

·　基本類型／空／或不帶then方法的對象。返回的Promise值為value，狀態為fulfilled。

Promise.reject(reason)

返回一個狀態為失敗的Promise，通常情況下會傳遞Error對象作為reason。

Promise.all(promises)

接收一個Promise數組，返回一個新的Promise對象。

·　Promise數組中所有Promise都成功執行的情況下，返回的Promise最終會觸發成功。

·　Promise數組中只要有一個Promise執行失敗，返回的Promise最終會執行失敗。

Promise.race(promises)

接收一個Promise數組，返回一個新的Promise對象。

當Promise數組中任意一個Promise執行成功或失敗，返回的Promise則立即成功或失敗。

3.5.3　async/await

async和await關鍵字是ES2017中新添加的關鍵字，本質上是Promise的語法糖，使得能夠像同步代碼一樣編寫異步代碼。

async/await本質是語法糖，因此盡管編程風格與同步類似，但是不會阻塞JS線程。

下面使用Promise小節中依次讀取兩個文件的需求為例：

可以看到readFiles函數中的代碼跟同步編程風格一致（忽略async/await關鍵字）。

針對Promise調用鏈太長的問題，async/await提供了一個優美的解決方案，確實讓異步編程變得簡單了。

基本語法

（1）async

async只能放在函數聲明之前，支持普通函數、箭頭函數和類函數。被修飾的函數不管返回什么值，最終都會返回Promise。

·　函數返回基本值／空／或不帶then方法的對象時，Promise的結果為該值，狀態fulfilled。

·　函數拋出錯誤時，Promise狀態為rejected，reason為拋出的錯誤對象。

·　函數本身返回一個Promise時，最終的Promise結果為該Promise的結果。

由于被async修飾的函數最終都會返回Promise，因此需要使用then才可以獲得Promise的執行結果，直接調用函數只能得到一個Promise。

（2）await

await只能在被async修飾的函數內部調用，await可以放在任何返回Promise的函數前，Promise執行成功的情況下，await語句將返回Promise的成功值，Promise執行錯誤的情況下，await語句將拋出錯誤，通過try/catch捕獲即可。

示例：包裝XMLHttpRequest

幾乎所有callback類型的異步函數都可以包裝為Promise（特殊情況就是callback有多個返回值的情況，Promise不能直接處理，但是可以將多個返回值包裝為一個數組）。