Node核心：异步流程控制

Node.js是为异步而生的，它自己把复杂的事儿做了（高并发，低延时），交给用户的只是有点难用的Callback写法。也正是坦诚的将异步回调暴露出来，才有更好的流程控制方面的演进。也正是这些演进，让Node.js从DIRT（数据密集实时应用）扩展到更多的应用场景，今天的Node.js已经不只是能写后端的JavaScript，已经涵盖了所有涉及到开发的各个方面，而Node全栈更是热门种的热门。

直面问题才能有更好的解决方式，Node.js的异步是整个学习Node.js过程中重中之重。

  • 1) 异步流程控制学习重点
  • 2）Api写法：Error-first Callback 和 EventEmitter
  • 3）中流砥柱：Promise
  • 4）终极解决方案：Async/Await

1) 异步流程控制学习重点

我整理了一张图，更直观一些。从09年到现在，8年多的时间里，整个Node.js社区做了大量尝试，其中曲折足足够写一本书的了。大家先简单了解一下。

Screen Shot 2017-04-05 at 08.43.08

  • 红色代表Promise，是使用最多的，无论async还是generator都可用
  • 蓝色是Generator，过度货
  • 绿色是Async函数，趋势

结论：Promise是必须会的，那你为什么不顺势而为呢？

推荐：使用Async函数 + Promise组合，如下图所示。

其实，一般使用是不需要掌握上图中的所有技术的。对于初学者来说，先够用，再去深究细节。所以，精简一下，只了解3个就足够足够用了。

Screen Shot 2017-04-05 at 08.43.34

结论

  1. Node.js SDK里callback写法必须会的。
  2. Node.js学习重点: Async函数与Promise
    1. 中流砥柱：Promise
    2. 终极解决方案：Async/Await

所以下面我们会分个小部分进行讲解。

2）Api写法：Error-first Callback 和 EventEmitter

a）Error-first Callback
定义错误优先的回调写法只需要注意2条规则即可：

  • 回调函数的第一个参数返回的error对象，如果error发生了，它会作为第一个err参数返回，如果没有，一般做法是返回null。
  • 回调函数的第二个参数返回的是任何成功响应的结果数据。如果结果正常，没有error发生，err会被设置为null，并在第二个参数就出返回成功结果数据。

下面让我们看一下调用函数示例，Node.js 文档里最常采用下面这样的回调方式：

  1. function(err, res) {
  2.   // process the error and result
  3. }

这里的 callback 指的是带有2个参数的函数：”err”和 “res”。语义上讲，非空的“err”相当于程序异常；而空的“err”相当于可以正常返回结果“res”，无任何异常。

b）EventEmitter

事件模块是 Node.js 内置的对观察者模式“发布/订阅”（publish/subscribe）的实现，通过EventEmitter属性，提供了一个构造函数。该构造函数的实例具有 on 方法，可以用来监听指定事件，并触发回调函数。任意对象都可以发布指定事件，被 EventEmitter 实例的 on 方法监听到。

在node 6之后，可以直接使用require('events')类

  1. var EventEmitter = require('events')
  2. var util = require('util')
  4. var MyEmitter = function () {
  6. }
  8. util.inherits(MyEmitter, EventEmitter)
  10. const myEmitter = new MyEmitter();
  12. myEmitter.on('event', (a, b) => {
  13.   console.log(a, b, this);
  14.     // Prints: a b {}
  15. });
  17. myEmitter.emit('event', 'a', 'b');

和jquery、vue里的Event是非常类似的。而且前端自己也有EventEmitter。

c）如何更好的查Node.js文档

API是应用程序接口Application Programming Interface的简称。从Node.js异步原理，我们可以知道，核心在于 Node.js SDK 中API调用，然后交由EventLoop（Libuv）去执行，所以我们一定要熟悉Node.js的API操作。

Node.js的API都是异步的，同步的函数是奢求，要查API文档，在高并发场景下慎用。

笔者推荐使用 Dash 或 Zeal 查看离线文档，经常查看离线文档，对Api理解会深入很多，比IDE辅助要好，可以有效避免离开IDE就不会写代码的窘境。

Node核心：异步流程控制 - 图3

3）中流砥柱：Promise

回调地狱

Node.js 因为采用了错误优先的回调风格写法，导致sdk里导出都是回调函数。如果组合调用的话，就会特别痛苦，经常会出现回调里嵌套回调的问题，大家都非常厌烦这种写法，称之为Callback Hell，即回调地狱。一个经典的例子来自著名的Promise模块q文档里。

  1. step1(function (value1) {
  2.     step2(value1, function(value2) {
  3.         step3(value2, function(value3) {
  4.             step4(value3, function(value4) {
  5.                 // Do something with value4
  6.             });
  7.         });
  8.     });
  9. });

这里只是做4步，嵌套了4层回调，如果更多步骤呢？很多新手浅尝辄止，到这儿就望而却步，粉转黑。这明显不够成熟，最起码你要看看它的应对解决方案吧！

Node.js 约定所有Api都采用错误优先的回调方式，这部分场景都是大家直接调用接口，无太多变化。而Promise是对回调地狱的思考，或者说是改良方案。目前使用非常普遍，可以说是在async函数普及之前唯一一个通用性规范，甚至 Node.js 社区都在考虑 Promise 化，可见其影响之大。

Promise最早也是在commonjs社区提出来的，当时提出了很多规范。比较接受的是promise/A规范。后来人们在这个基础上，提出了promise/A+规范，也就是实际上现在的业内推行的规范。ES6 也是采用的这种规范。

Promise意味着[许愿|承诺]一个还没有完成的操作，但在未来会完成的。与Promise最主要的交互方法是通过将函数传入它的then方法从而获取得Promise最终的值或Promise最终最拒绝（reject）的原因。要点有三个：

  • 递归，每个异步操作返回的都是promise对象
  • 状态机：三种状态转换，只在promise对象内部可以控制，外部不能改变状态
  • 全局异常处理

1)定义

  1. var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  2.   // do a thing, possibly async, then…
  4.   if (/* everything turned out fine */) {
  5.     resolve("Stuff worked!");
  6.   }
  7.   else {
  8.     reject(Error("It broke"));
  9.   }
  10. });

每个Promise定义都是一样的，在构造函数里传入一个匿名函数，参数是resolve和reject，分别代表成功和失败时候的处理。

2)调用

  1. promise.then(function(text){
  2.     console.log(text)// Stuff worked!
  3.     return Promise.reject(new Error('我是故意的'))
  4. }).catch(function(err){
  5.     console.log(err)
  6. })

它的主要交互方式是通过then函数，如果Promise成功执行resolve了，那么它就会将resolve的值传给最近的then函数，作为它的then函数的参数。如果出错reject，那就交给catch来捕获异常就好了。

Promise 的最大优势是标准化，各类异步工具库都按照统一规范实现，即使是async函数也可以无缝集成。所以用 Promise 封装 API 通用性强，用起来简单，学习成本低。在async函数普及之前，绝大部分应用都是采用Promise来做异步流程控制的，所以掌握Promise是Node.js学习过程中必须要掌握的重中之重。

Bluebird是 Node.js 世界里性能最好的Promise/a+规范的实现模块，Api非常齐全，功能强大，是原生Promise外的不二选择。

好处如下：

  • 避免Node.js内置Promise实现 问题，使用与所有版本兼容
  • 避免Node.js 4曾经出现的内存泄露问题
  • 内置更多扩展，timeout、 promisifyAll等，对Promise/A+规范提供了强有力的补充

限于时间关系，这里就不一一列举了，还是那句话，在学习Node.js过程中，对于Promise了解多深入都不过分。

推荐学习资料

4）终极解决方案：Async/Await

Async/Await是异步操作的终极解决方案，Koa 2在node 7.6发布之后，立马发布了正式版本，并且推荐使用async函数来编写Koa中间件。

这里给出一段Koa 2应用里的一段代码 

  1. exports.list = async (ctx, next) => {
  2.   try {
  3.     let students = await Student.getAllAsync();
  5.     await ctx.render('students/index', {
  6.       students : students
  7.     })
  8.   } catch (err) {
  9.     return ctx.api_error(err);
  10.   }
  11. };

它做了3件事儿

  • 通过await Student.getAllAsync();来获取所有的students信息。
  • 通过await ctx.render渲染页面
  • 由于是同步代码，使用try/catch做的异常处理

是不是非常简单，现在Eggjs里也都是这样同步的代码。

4.1 正常写法

  1. const pkgConf = require('pkg-conf');
  3. async function main(){
  4.     const config = await pkgConf('unicorn');
  6.     console.log(config.rainbow);
  7.     //=> true
  8. }
  10. main();

变态写法

  1. const pkgConf = require('pkg-conf');
  3. (async () => {
  4.     const config = await pkgConf('unicorn');
  6.     console.log(config.rainbow);
  7.     //=> true
  8. })();

4.2 await + Promise

  1. const Promise = require('bluebird');
  2. const fs = Promise.promisifyAll(require("fs"));
  4. async function main(){
  5.     const contents = await fs.readFileAsync("myfile.js", "utf8")
  6.     console.log(contents);
  7. }
  9. main();

4.3 await + co + generator

  1. const co = require('co');
  2. const Promise = require('bluebird');
  3. const fs = Promise.promisifyAll(require("fs"));
  5. async function main(){
  6.    const contents = co(function* () {
  7.       var result = yield fs.readFileAsync("myfile.js", "utf8")
  8.       return result;
  9.    })
  11.     console.log(contents);
  12. }
  14. main();

要点

  • co的返回值是promise，所以await可以直接接co。
  • co的参数是genrator
  • 在generator里可以使用yield，而yield后面接的有5种可能，故而把这些可以yield接的方式称为yieldable，即可以yield接的。
    • Promises
    • Thunks (functions)
    • array (parallel execution)
    • objects (parallel execution)
    • Generators 和 GeneratorFunctions

由上面3中基本用法可以推出Async函数要点如下：

  • Async函数语义上非常好
  • Async不需要执行器，它本身具备执行能力，不像Generator需要co模块
  • Async函数的异常处理采用try/catch和Promise的错误处理，非常强大
  • Await接Promise，Promise自身就足够应对所有流程了，包括async函数没有纯并行处理机制，也可以采用Promise里的all和race来补齐
  • Await释放Promise的组合能力，外加co和Promise的then，几乎没有不支持的场景

综上所述

  • Async函数是趋势，如果Chrome 52. v8 5.1已经支持Async函数 ( https://github.com/nodejs/CTC/issues/7 )了，Node.js支持还会远么？
  • Async和Generator函数里都支持promise，所以promise是必须会的。
  • Generator和yield异常强大，不过不会成为主流，所以学会基本用法和promise就好了，没必要所有的都必须会。
  • co作为Generator执行器是不错的，它更好的是当做Promise 包装器，通过Generator支持yieldable，最后返回Promise，是不是有点无耻？

小结

这部分共讲了4个小点，都是极其直接的必须掌握的知识点。

  • 1) 异步流程控制学习重点
  • 2）Api写法：Error-first Callback 和 EventEmitter
  • 3）中流砥柱：Promise
  • 4）终极解决方案：Async/Await

这里再提一下关于Node.js源码阅读问题，很多人api都还没玩儿熟练就去阅读源码，这是非常不赞成的，不带着问题去读源码是比较容易迷失在大量代码中的。效果并不好。

先用明白，然后再去阅读Node.js源码，然后探寻libuv并发机制。很多人买了朴大的《深入浅出Node.js》一书，看了之后还是不太会用，不是书写的不好，而是步骤不对。

  • Node in action和了不起的Node.js是入门的绝好书籍，非常简单，各个部分都讲了，但不深入，看了之后，基本就能用起来了
  • 当你用了一段之后，你会对Node.js的运行机制好奇，为啥呢？这时候去读朴大的《深入浅出Node.js》一书就能够解惑。原因很简单，九浅一深一书是偏向底层实现原理的书，从操作系统，并发原理，node源码层层解读。如果是新手读，难免会比较郁闷。
  • 实践类的可以看看雷宗民（老雷）和赵坤（nswbmw）写的书

我一般给大家的推荐是把Node in action读上5遍10遍，入门干活足够了。剩下的就是反复实践，多写代码和npm模块就好。

目前所有的书籍几乎都有点过时了，大部分都是Node.js v0.10左右的版本的，我的新书是基于Node.js 8版本的，预计2018年3月或4月出版。别催我，真没法更快了。

目录

  • [01 Node.js初识]
  • [02 安装与入门]
  • [03 更了不起的Node.js]
  • [04 更好的Node.js]
  • [05 Node.js是如何执行的]
  • [06 模块与核心]
  • [07 异步写法与流程控制]
  • [08 下一代Web框架Koa入门]
  • [09 Koa的核心扩展机制：中间件]
  • [10 HTTP协议必知必会]
  • [11 Koa练习]
  • [12 数据库入门]
  • [13 数据库进阶]
  • [14 视图模板]
  • [15 Koa项目实战]
  • [16 自己动手写NPM模块]
  • [17 Node.js企业级Web开发]
  • [18 构建具有Node.js特色的微服务]
  • [19 让Node.js跑的更稳]
  • [20 让Node.js跑的更快]

博文视点的美女编辑在苦逼的整理中，预计出版在3月之后，20章，800页+，定价预计在130+。