异步的JavaScript

JS本身是一门单线程的语言，所以在执行一些需要等待的任务(eg.等待服务器响应，等待用户输入等)时就会阻塞其他代码。如果在浏览器中JS线程阻塞了，浏览器可能会失去响应，从而造成不好的用户体验。幸运的是JS语言本身和其运行的环境(浏览器，Node)都提供了一些解决方案让JS可以“异步”起来，在此梳理一下相关的知识点，如果你读完之后有所收获，那更是极好的。

Event Loop

JS中每个函数都伴有一个自身的作用域(execution context)，这个作用域包含函数的一些信息(eg.参数，局部变量等)，在函数被调用时，函数的作用域对象被推入执行栈(execution context stack),执行完毕后出栈。当执行一些异步任务时，JS仅调用相应的API并不去等待任务结果而是继续执行后续代码，这些异步任务被浏览器或者Node交由其他线程执行(eg.定时器线程、http请求线程、DOM事件线程等)，完成之后这些异步任务的回调函数会被推入相应的队列中， 直到执行栈为空时，这些回调函数才会被依次执行 。

举个例子：

function main() {
  console.log('A)

  setTimeout(function display() {
    console.log('B')
  }, 0)

  console.log('C')
}

main()

以上代码在Event Loop中的执行过程如下：

类似于setTimeout这样的任务还有：setInterval, setImmediate, 响应用户操作的事件(eg. click, input等), 响应网络请求(eg. ajax的onload，image的onload等)，数据库操作等等。这些操作有一个统一的名字：task，所以上图中的message queue其实是task queue，因为还存在一些像：Promise，process.nextTick, MutationObserver之类的任务，这些任务叫做microtask，__microtask会在代码执行过程中被推入microtask queue而不是task queue__，microtask queue中的任务同样也需要等待执行栈为空时依次执行。

一个task中 可能 会产生microtask和新的task，其中产生的microtask会在本次task结束后，即执行栈为空时执行，而新的task则会在render之后执行。microtask中也有可能会产生新的microtask，会进入microtask queue尾部， 并在本次render前执行 。

这样的流程是有它存在原因的，这里仅仅谈下我个人的理解，如有错误，还请指出：

浏览器中除了JS引擎线程，还存在GUI渲染线程，用以解析HTML, CSS, 构建DOM树等工作，然而这两个线程是互斥的，只有在JS引擎线程空闲时，GUI渲染线程才有可能执行。在两个task之间，JS引擎空闲，此时如果GUI渲染队列不为空，浏览器就会切换至GUI渲染线程进行render工作。而microtask会在render之前执行，旨在以类似同步的方式(尽可能快地)执行异步任务，所以microtask执行时间过长就会阻塞页面的渲染。

setTimeout、setInterval、requestAnimationFrame

上文提到setTimeout，setInterval都属于task，所以即便设置间隔为0：

setTimeout(function display() {
  console.log('B')
}, 0)

回调也会异步执行。

setTimeout，setInterval常被用于编写JS动画，比如：

// setInterval
function draw() {
  // ...some draw code
}

var intervalTimer = setInterval(draw, 500)

// setTimeout
var timeoutTimer = null

function move() {
  // ...some move code

  timeoutTimer = setTimeout(move, 500)
}

move()

这其实是存在一定的问题的：

• 从event loop的角度分析：setInterval的两次回调之间的间隔是不确定的，取决于回调中的代码的执行时间；
• 从性能的角度分析：无论是setInterval还是setTimeout都“无法感知浏览器当前的工作状态”，比如当前页面为隐藏tab，或者设置动画的元素不在当前viewport，setInterval & setTimeout仍会照常执行，实际是没有必要的，虽然某些浏览器像Chrome会优化这种情况，但不能保证所有的浏览器都会有优化措施。再比如多个元素同时执行不同的动画，可能会造成不必要的重绘，其实页面只需要重绘一次即可。

在这种背景下，Mozilla提出了requestAnimationFrame，后被Webkit优化并采用，requestAnimationFrame为编写JS动画提供了原生API。

function draw() {
  // ...some draw code

  requestAnimationFrame(draw)
}

draw()

requestAnimationFrame为JS动画做了一些优化：

• 大多数屏幕的最高帧率是60fps，requestAnimationFrame默认会尽可能地达到这一帧率
• 元素不在当前viewport时，requestAnimationFrame会极大地限制动画的帧率以节约系统资源
• 使用requestAnimationFrame定义多个同时段的动画，页面只会产生一次重绘。

当然requestAnimationFrame存在一定的兼容性问题，具体可参考 can i use。

Promise

fs.readdir(source, function (err, files) {
  if (err) {
    console.log('Error finding files: ' + err)
  } else {
    files.forEach(function (filename, fileIndex) {
      console.log(filename)
      gm(source + filename).size(function (err, values) {
        if (err) {
          console.log('Error identifying file size: ' + err)
        } else {
          console.log(filename + ' : ' + values)
          aspect = (values.width / values.height)
          widths.forEach(function (width, widthIndex) {
            height = Math.round(width / aspect)
            console.log('resizing ' + filename + 'to ' + height + 'x' + height)
            this.resize(width, height).write(dest + 'w' + width + '_' + filename, function(err) {
              if (err) console.log('Error writing file: ' + err)
            })
          }.bind(this))
        }
      })
    })
  }
})

假设最初学JS时我看到的是上面的代码，我一定不会想写前端。这就是所谓的“callback hell”，而Promise把回调函数的嵌套逻辑替换成了符合正常人思维习惯的线性逻辑。

function fetchSomething() {
    return new Promise(function(resolved) {
        if (success) {
            resolved(res);
        }
    });
}
fetchSomething().then(function(res) {
    console.log(res);
    return fetchSomething();
}).then(function(res) {
    console.log('duplicate res');
    return 'done';
}).then(function(tip) {
    console.log(tip);
})

async await

async await是ES2017引入的两个关键字，旨在让开发者更方便地编写异步代码，可是往往能看到类似这样的代码：

async function orderFood() {
  const pizzaData = await getPizzaData()    // async call
  const drinkData = await getDrinkData()    // async call
  const chosenPizza = choosePizza()    // sync call
  const chosenDrink = chooseDrink()    // sync call

  await addPizzaToCart(chosenPizza)    // async call
  await addDrinkToCart(chosenDrink)    // async call

  orderItems()    // async call
}

Promise的引入让我们脱离了“callback hell”，可是对async函数的错误用法又让我们陷入了“async hell”。

这里其实getPizzaData和getDrinkData是没有关联的，而await关键字使得必须在getPizzaData resolve之后才能执行getDrinkData的动作，这显然是冗余的，包括addPizzaToCart和addDrinkToCart也是一样，影响了系统的性能。所以在写async函数时，应该清楚 哪些代码是相互依赖的，把这些代码单独抽成async函数，另外Promise在声明时就已经执行，提前执行这些抽出来的async函数 ，再await其结果就能避免“async hell”，或者也可以用Promise.all()：

async function selectPizza() {
  const pizzaData = await getPizzaData()    // async call
  const chosenPizza = choosePizza()    // sync call

  await addPizzaToCart(chosenPizza)    // async call
}

async function selectDrink() {
  const drinkData = await getDrinkData()    // async call
  const chosenDrink = chooseDrink()    // sync call

  await addDrinkToCart(chosenDrink)    // async call
}

// return promise early
async function orderFood() {
  const pizzaPromise = selectPizza()
  const drinkPromise = selectDrink()

  await pizzaPromise
  await drinkPromise

  orderItems()    // async call
}

// or promise.all()
Promise.all([selectPizza(), selectDrink()]).then(orderItems)   // async call

参考文章 && 拓展阅读

• JavaScript Event Loop Explained
• How to escape async/await hell
• Tasks, microtasks, queues and schedules
• requestAnimationFrame