前端--理解 Promise 的工作原理

Javascript 采用回调函数(callback)来处理异步编程。从同步编程到异步回调编程有一个适应的过程,但是如果出现多层回调嵌套,也就是我们常说的厄运的回调金字塔(Pyramid of Doom),绝对是一种糟糕的编程体验。于是便有了 CommonJS 的 Promises/A 规范,用于解决回调金字塔问题。本文先介绍 Promises 相关规范,然后再通过解读一个迷你的 Promises 以加深理解。

什么是 Promise

一个 Promise 对象代表一个目前还不可用,但是在未来的某个时间点可以被解析的值。它允许你以一种同步的方式编写异步代码。例如,如果你想要使用 Promise API 异步调用一个远程的服务器,你需要创建一个代表数据将会在未来由 Web 服务返回的 Promise 对象。唯一的问题是目前数据还不可用。当请求完成并从服务器返回时数据将变为可用数据。在此期间,Promise 对象将扮演一个真实数据的代理角色。接下来,你可以在 Promise 对象上绑定一个回调函数,一旦真实数据变得可用这个回调函数将会被调用。

Promise 对象曾经以多种形式存在于许多语言中。

去除厄运的回调金字塔(Pyramid of Doom)

Javascript 中最常见的反模式做法是回调内部再嵌套回调。

// 回调金字塔
asyncOperation(function(data){
  // 处理 `data`
  anotherAsync(function(data2){      // 处理 `data2`      yetAnotherAsync(function(){          // 完成      });
  });
});

引入 Promises 之后的代码

promiseSomething()
.then(function(data){    // 处理 `data`    return anotherAsync();})
.then(function(data2){    // 处理 `data2`    return yetAnotherAsync();})
.then(function(){    // 完成});

Promises 将嵌套的 callback,改造成一系列的.then的连缀调用,去除了层层缩进的糟糕代码风格。Promises 不是一种解决具体问题的算法,而已一种更好的代码组织模式。接受新的组织模式同时,也逐渐以全新的视角来理解异步调用。

各个语言平台都有相应的 Promise 实现

  • Java's java.util.concurrent.Future
  • Python's Twisted deferreds and PEP-3148 futures
  • F#'s Async
  • .Net's Task
  • C++ 11's std::future
  • Dart's Future
  • Javascript's Promises/A/B/D/A+

下面我来相信了解一下 javascript 语言环境下各个规范的一些细节。

Promises/A 规范

promise 表示一个最终值,该值由一个操作完成时返回。

  • promise 有三种状态:**未完成** (unfulfilled),**完成** (fulfilled) 和**失败** (failed)。
  • promise 的状态只能由**未完成**转换成完成,或者**未完成**转换成**失败** 。
  • promise 的状态转换只发生一次。

promise 有一个 then 方法,then 方法可以接受 3 个函数作为参数。前两个函数对应 promise 的两种状态 fulfilled 和 rejected 的回调函数。第三个函数用于处理进度信息(对进度回调的支持是可选的)。

promiseSomething().then(function(fulfilled){        //当promise状态变成fulfilled时,调用此函数    },function(rejected){        //当promise状态变成rejected时,调用此函数    },function(progress){        //当返回进度信息时,调用此函数    });

如果 promise 支持如下连个附加方法,称之为可交互的 promise

  • get(propertyName) 获得当前 promise 最终值上的一个属性,返回值是一个新的 promise。
  • call(functionName, arg1, arg2, ...) 调用当然 promise 最终值上的一个方法,返回值也是一个新的promise。

Promises/B 规范

在 Promises/A 的基础上,Promises/B 定义了一组 promise 模块需要实现的 API

when(value, callback, errback_opt) 如果 value 不是一个 promise ,那么下一事件循环callback会被调用,value 作为 callback 的传入值。如果 value 是一个 promise,promise 的状态已经完成或者变成完成时,那么下一事件循环 callback 会被调用,resolve 的值会被传入 callback;promise 的状态已经失败或者变成失败时,那么下一事件循环 errback 会被调用,reason 会作为失败的理由传入 errback。

asap(value, callback, errback_opt) 与 when 最大的区别,如果 value 不是一个 promise,会被立即执行,不会等到下一事件循环。

enqueue(task Function) 尽可能快地在接下来的事件循环调用 task 方法。

get(object, name) 返回一个获得对象属性的 promise。

post(object, name, args) 返回一个调用对象方法的 promise。

put(object, name, value) 返回一个修改对象属性的 promise。

del(object, name) 返回一个删除对象属性的 promise。

makePromise(descriptor Object, fallback Function) 返回一个 promise 对象,该对象必须是一个可调用的函数,也可能是可被实例化的构造函数。

  • 第一个参数接受一个描述对象,该对象结构如下, { "when": function(errback){...}, "get": function(name){...}, "put": function(name, value){...}, "post": function(name, args){...}, "del": function(name){...}, } 上面每一个注册的 handle 都返回一个 resolved value或者 promise。
  • 第二个参数接受一个 fallback(message,...args) 函数,当没有 promise 对象没有找到对应的 handle 时该函数会被触发,返回一个 resolved value 或者 promise。

defer() 返回一个对象,该对象包含一个 resolve(value) 方法和一个 promise 属性。 当 resolve(value) 方法被第一次调用时,promise 属性的状态变成 完成,所有之前或之后观察该 promise 的 promise 的状态都被转变成 完成。value 参数如果不是一个 promise ,会被包装成一个 promise 的 ref。resolve 方法会忽略之后的所有调用。

reject(reason String) 返回一个被标记为 失败 的 promise。 一个失败的 promise 上被调用 when(message) 方法时,会采用如下两种方法之一 1. 如果存在 errback,errback 会以 reason 作为参数被调用。when方法会将 errback 的返回值返回。 2. 如果不存在 errback,when 方法返回一个新的 reject 状态的promise 对象,以同一 reason 作为参数。

ref(value) 如果 value 是 promise 对象,返回 value 本身。否则,返回一个resolved 的 promise,携带如下 handle。 1. when(errback),忽略 errback,返回 resolved 值 2. get(name),返回 resolved 值的对应属性。 3. put(name, value) ,设置 resolved 值的对应属性。 4. del(name),删除 resolved 值的对应属性。 5. post(name, args), 调用 resolved 值的对应方法。 6. 其他所有的调用都返回一个 reject,并携带 "Promise does not handle NAME" 的理由。

isPromise(value) Boolean 判断一个对象是否是 promise

method(name String) 获得一个返回 name 对应方法的 promise。返回值是 "get", "put", "del" 和 "post" 对应的方法,但是会在下一事件循环返回。

Promises/D 规范

为了增加不同 promise 实现之间的可互操作性,Promises/D 规范对promise 对象和 Promises/B 规范做了进一步的约定。以达到鸭子类型的效果(Duck-type Promise)。

简单来说Promises/D 规范,做了两件事情,

  1. 如何判断一个对象是 Promise 类型。
  2. 对 Promises/B 规范进行细节补充。

甄别一个 Promise 对象

Promise 对象必须是实现 promiseSend 方法。 1. 在 promise 库上下文中,如果对象包含 promiseSend 方法就可以甄别为promise 对象 2. promiseSend 方法必须接受一个操作名称,作为第一个参数 3. 操作名称是一个可扩展的集合,下面是一些保留名称 1. when,此时第三个参数必须是 rejection 回调。 1. rejection回调必须接受一个 rejection 原因(可以是任何值)作为第一个参数 2. get,此时第三个参数为属性名(字符串类型) 3. put,此时第三个参数为属性名(字符串类型),第四个参数为新属性值。 4. del,此时第三个参数为属性名 5. post,此时第三个参数为方法的属性名,接下来的变参为方法的调用参数 6. isDef 4. promiseSend方法的第二个参数为 resolver 方法 5. promiseSend方法可能接受变参 6. promiseSend方法必须返回undefined

对 Promises/B 规范的补充

Promises/D 规范中对 Promises/B 规范中定义的ref、reject、def、defer方法做了进一步细致的约束,此处略去这些细节。

Promises/A+ 规范

前面提到的 Promises/A/B/D 规范都是有CommonJS组织提出的,Promises/A+是有一个自称为Promises/A+ 组织发布的,该规范是以Promises/A作为基础进行补充和修订,旨在提高promise实现之间的可互操作性。

Promises/A+ 对.then方法进行细致的补充,定义了细致的Promise Resolution Procedure流程,并且将.then方法作为promise的对象甄别方法。

此外,Promises/A+ 还提供了兼容性测试工具,以确定各个实现的兼容性。

实现一个迷你版本的Promise

上面扯了这么多规范,现在我们看看如何实现一个简单而短小的Promise。

状态机

var PENDING = 0;
var FULFILLED = 1;
var REJECTED = 2;

function Promise() {
  // store state which can be PENDING, FULFILLED or REJECTED
  var state = PENDING;

  // store value or error once FULFILLED or REJECTED
  var value = null;

  // store sucess & failure handlers attached by calling .then or .done
  var handlers = [];
}

状态变迁

仅支持两种状态变迁,fulfill和reject

// ...

function Promise() {    // ...

  function fulfill(result) {    state = FULFILLED;    value = result;
  }

  function reject(error) {    state = REJECTED;    value = error;
  }

}

fulfill和reject方法较为底层,通常更高级的resolve方法开放给外部。

// ...

function Promise() {

  // ...

  function resolve(result) {    try {      var then = getThen(result);      if (then) {        doResolve(then.bind(result), resolve, reject)        return      }      fulfill(result);    } catch (e) {      reject(e);    }
  }
}

resolve方法可以接受一个普通值或者另一个promise作为参数,如果接受一个promise作为参数,等待其完成。promise不允许被另一个promise fulfill,所以需要开放resolve方法。resolve方法依赖一些帮助方法定义如下:

/**
 * Check if a value is a Promise and, if it is,
 * return the `then` method of that promise.
 *
 * @param {Promise|Any} value
 * @return {Function|Null}
 */
function getThen(value) {
  var t = typeof value;
  if (value && (t === 'object' || t === 'function')) {    var then = value.then;    if (typeof then === 'function') {      return then;    }
  }
  return null;
}

/**
 * Take a potentially misbehaving resolver function and make sure
 * onFulfilled and onRejected are only called once.
 *
 * Makes no guarantees about asynchrony.
 *
 * @param {Function} fn A resolver function that may not be trusted
 * @param {Function} onFulfilled
 * @param {Function} onRejected
 */
function doResolve(fn, onFulfilled, onRejected) {
  var done = false;
  try {    fn(function (value) {      if (done) return      done = true      onFulfilled(value)    }, function (reason) {      if (done) return      done = true      onRejected(reason)    })
  } catch (ex) {    if (done) return    done = true    onRejected(ex)
  }
}

这里resolve和doResolve之间的递归很巧妙,用来处理promise的层层嵌套(promise的value是一个promise)。

构造器

// ...

function Promise(fn) {    // ...    doResolve(fn, resolve, reject);}

.done方法

// ...
function Promise(fn) {
  // ...

  function handle(handler) {    if (state === PENDING) {      handlers.push(handler);    } else {      if (state === FULFILLED &&        typeof handler.onFulfilled === 'function') {        handler.onFulfilled(value);      }      if (state === REJECTED &&        typeof handler.onRejected === 'function') {        handler.onRejected(value);      }    }
  }

  this.done = function (onFulfilled, onRejected) {    // ensure we are always asynchronous    setTimeout(function () {      handle({        onFulfilled: onFulfilled,        onRejected: onRejected      });    }, 0);
  }
  // ...
}

.then方法

// ...
function Promise(fn) {    // ...    this.then = function (onFulfilled, onRejected) {      var self = this;      return new Promise(function (resolve, reject) {        return self.done(function (result) {          if (typeof onFulfilled === 'function') {            try {              return resolve(onFulfilled(result));            } catch (ex) {              return reject(ex);            }          } else {            return resolve(result);          }        }, function (error) {          if (typeof onRejected === 'function') {            try {              return resolve(onRejected(error));            } catch (ex) {              return reject(ex);            }          } else {            return reject(error);          }        });      });    }    // ...}

$.promise

jQuery 1.8 之前的版本,jQuery的 then 方法只是一种可以同时调用 done 、fail 和 progress 这三种回调的速写方法,而 Promises/A 规范的 then 在行为上更像是 jQuery 的 pipe。 jQuery 1.8 修正了这个问题,使 then 成为 pipe 的同义词。不过,由于向后兼容的问题,jQuery 的 Promise 再如何对 Promises/A 示好也不太会招人待见。

此外,在 Promises/A 规范中,由 then 方法生成的 Promise 对象是已执行还是已拒绝,取决于由 then 方法调用的那个回调是返回值还是抛出错误。在 JQuery 的 Promise 对象的回调中抛出错误是个糟糕的主意,因为错误不会被捕获。

小结

最后一个例子揭示了,实现 Promise 的关键是实现好 doResolve 方法,在完事以后触发回调。而为了保证异步 setTimeout(fun, 0); 是关键一步。

Promise 一直用得蛮顺手的,其很好的优化了 NodeJS 异步处理时的代码结构。但是对于其工作原理却有些懵懂和好奇。于是花了

些经理查阅并翻译了Promise 的规范,以充分的理解 Promise 的细节。

原文发布于微信公众号 - 交互设计前端开发与后端程序设计(interaction_Designer)

原文发表时间:2017-07-31

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏LanceToBigData

JavaSE(十一)之异常处理详解

一、异常概述   在我们日常生活中,有时会出现各种各样的异常,例如:职工小王开车去上班,在正常情况下,小王会准时到达单位。但是天有不测风云,在小王去上班时,可能...

1899
来自专栏老司机的技术博客

golang学习笔记7:指针

不像 Java 和 .NET,Go 语言为程序员提供了控制数据结构的指针的能力;但是,你不能进行指针运算。通过给予程序员基本内存布局,Go 语言允许你控制特定集...

1104
来自专栏闪电gogogo的专栏

Python初学基础

初入坑Python,打算跟着沫凡小哥的学习视频打个基础,此篇文章做一些简单的学习记录,加油加油加油啦 沫凡小哥的学习网站:https://morvanzhou....

3417
来自专栏python3

python3--变量,布尔值,用户交互 input,if语句,while循环

已经运行了第一个python程序,即:终端---->cmd----->python 文件路劲。回车搞定~

1812
来自专栏Python爬虫与数据挖掘

Python正则表达式初识(一)

首先跟大家简单唠叨两句为什么要学习正则表达式,为什么在网络爬虫的时候离不开正则表达式。正则表达式在处理字符串的时候扮演着非常重要的角色,在网络爬虫的时候...

762
来自专栏Golang语言社区

Golang语言之异常处理

在编写Go语言代码的时候,我们应该习惯使用error类型值来表明非正常的状态。作为惯用法,在Go语言标准库代码包中的很多函数和方法也会以返回error类型值来表...

34513
来自专栏向治洪

Promise机制详解

Javascript 采用回调函数(callback)来处理异步编程。从同步编程到异步回调编程有一个适应的过程,但是如果出现多层回调嵌套,也就是我们常说的厄运的...

2937
来自专栏前端儿

ES6笔记(7)-- Promise异步编程

Promise是一种异步编程的解决方案,本质来说其实它是一种规范,Promises/A+规范

1181
来自专栏Python爬虫与数据挖掘

Python正则表达式初识(一)

首先跟大家简单唠叨两句为什么要学习正则表达式,为什么在网络爬虫的时候离不开正则表达式。正则表达式在处理字符串的时候扮演着非常重要的角色,在网络爬虫的时候也十分常...

1325
来自专栏测试开发架构之路

C语言之预处理命令与用typedef命名已有类型

 预处理命令 主要是改进程序设计环境,以提高编程效率,不属于c语言本身的组成部分,不能直接对它们进行编译,必须在对 程序编译之前,先对程序中的这些特殊命令进行...

4129

扫码关注云+社区