JavaScript异步编程的4种实现方式详解

JavaScript异步编程概述

JavaScript语言的运行环境基于“单线程”（single thread）机制。

所谓“单线程”，意味着系统在同一时刻仅能处理一个任务。若存在多个任务，它们必须依次排队，只有当前面的任务执行完毕后，后续任务才能开始执行。

这种模式的优势在于实现简单且运行环境相对纯净；但其劣势在于，一旦某个任务耗时过长，后续所有任务都将被迫等待，从而拖慢整体程序执行速度。常见的浏览器无响应（俗称“假死”）现象，通常就是因为某段JavaScript代码长时间运行（例如陷入死循环），导致整个页面卡死，其他任务无法继续执行。

为应对这一挑战，JavaScript语言将任务执行模式划分为两类：同步（Synchronous）与异步（Asynchronous）。

“同步模式”即前述的执行方式，后一个任务必须等待前一个任务结束才能执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序完全一致且同步；而“异步模式”则截然不同，每个任务包含一个或多个回调函数（callback）。当前任务结束后，程序不会立即执行下一个任务，而是执行该任务的回调函数；下一个任务则无需等待前一个任务结束即可启动，因此程序的执行顺序与任务排列顺序不一致，呈现异步特征。

“异步模式”至关重要。在浏览器端，耗时较长的操作均应异步执行，以防止浏览器失去响应，Ajax操作便是最佳实例。在服务器端，“异步模式”甚至是唯一的可行模式，因为执行环境同样是单线程的；若允许同步执行所有HTTP请求，服务器性能将急剧下降，很快便会失去响应。

本文总结了“异步模式”编程的4种方法，深入理解这些方法有助于编写出结构更合理、性能更优异且维护更便捷的JavaScript程序。

回调函数

一、回调函数

这是异步编程最基础的方法。

假设有两个函数f1和f2，其中f2需要等待f1执行完毕后的结果。

f1();
f2();

如果f1是一个耗时较长的任务，可以考虑重构f1，将f2作为f1的回调函数传入。

function f1(callback){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
callback();
}, 1000);
　　}

执行代码调整为如下形式：

f1(f2);

通过这种方式，我们将同步操作转换为异步操作，f1不会阻塞程序运行，相当于先执行主要逻辑，将耗时操作推迟执行。

回调函数的优点是简单、易于理解和部署；缺点是不利于代码的阅读和维护，各部分之间高度耦合（Coupling），流程混乱，且每个任务只能指定一个回调函数。

事件监听

二、事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的书写顺序，而取决于特定事件是否发生。

仍以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（此处采用jQuery的写法）。

f1.on('done', f2);

上述代码表示，当f1触发done事件时，便执行f2。随后，对f1进行改写：

function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
f1.trigger('done');
}, 1000);
　　}

f1.trigger('done')表示，任务执行完毕后，立即触发done事件，从而启动f2的执行。

这种方法的优点是易于理解，可以绑定多个事件，每个事件可指定多个回调函数，且有助于“去耦合”（Decoupling），利于实现模块化。缺点是整个程序需变为事件驱动型，运行流程变得不清晰。

发布/订阅模式

三、发布/订阅

上一节提到的“事件”，完全可以理解为“信号”。

我们假定存在一个“信号中心”，某个任务执行完成后，便向信号中心“发布”（publish）一个信号；其他任务可以向信号中心“订阅”（subscribe）该信号，从而知晓何时可以开始执行。这被称为“发布/订阅模式”（publish-subscribe pattern），也称为“观察者模式”（observer pattern）。

该模式有多种实现，下面采用Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

首先，f2向“信号中心”jQuery订阅“done”信号。

jQuery.subscribe("done", f2);

然后，f1进行如下改写：

function f1(){
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
jQuery.publish("done");
}, 1000);
　　}

jQuery.publish("done")的意思是，f1执行完成后，向“信号中心”jQuery发布“done”信号，从而引发f2的执行。

此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe("done", f2);

这种方法的性质与“事件监听”类似，但明显优于后者。因为我们可以通过查看“消息中心”，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行状态。

Promises对象

四、Promises对象

Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，旨在为异步编程提供统一接口。

简单来说，其核心思想是：每个异步任务返回一个Promise对象，该对象拥有一个then方法，允许指定回调函数。例如，f1的回调函数f2，可以写成：

f1().then(f2);

f1需要进行如下改写（此处使用jQuery的实现）：

function f1(){
var dfd = $.Deferred();
setTimeout(function () {
// f1的任务代码
dfd.resolve();
}, 500);
return dfd.promise;
　　}

这样写的优点在于，回调函数变为链式写法，程序流程清晰可见，且拥有一整套配套方法，可实现许多强大功能。

例如，指定多个回调函数：

f1().then(f2).then(f3);

再如，指定发生错误时的回调函数：

f1().then(f2).fail(f3);

此外，它还有一个前三种方法所不具备的优势：如果一个任务已经完成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。因此，无需担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点是编写和理解相对较难。