JavaScript中異步與回調的基本概念及回調地獄現象

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JavaScript異步與回調

一、前言

在學習本文內容之前，我們必須要先瞭解異步的概念，首先要強調的是異步和並行有著本質的區別。

  • 並行，一般指並行計算，是說同一時刻有多條指令同時被執行，這些指令可能執行於同一CPU的多核上，或者多個CPU上,或者多個物理主機甚至多個網絡中。
  • 同步，一般指按照預定的順序依次執行任務，隻有當上一個任務完成後，才開始執行下一個任務。
  • 異步，與同步相對應，異步指的是讓CPU暫時擱置當前任務,先處理下一個任務,當收到上個任務的回調通知後，再返回上個任務繼續執行，整個過程無需第二個線程參與。

也許用圖片的方式解釋並行、同步和異步更為直觀，假設現在有A、B兩個任務需要處理，使用並行、同步和異步的處理方式會分別采用如下圖所示的執行方式：

二、異步函數

JavaScript為我們提供瞭許多異步的函數，這些函數允許我們方便的執行異步任務，也就是說，我們現在開始執行一個任務（函數），但任務會在稍後完成，具體完成時間並不清楚。

例如，setTimeout函數就是一個非常典型的異步函數，此外，fs.readFile、fs.writeFile同樣也是異步函數。

我們可以自己定義一個異步任務的案例，例如自定義一個文件復制函數copyFile(from,to)：

const fs = require('fs')

function copyFile(from, to) {
    fs.readFile(from, (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        fs.writeFile(to, data, (err) => {
            if (err) {
                console.log(err.message)
                return
            }
            console.log('Copy finished')
        })
    })
}

函數copyFile首先從參數from讀取文件數據，隨後將數據寫入參數to指向的文件。

我們可以像這樣調用copyFile：

copyFile('./from.txt','./to.txt')//復制文件

如果這個時候，copyFile(...)後面還有其他代碼，那麼程序不會等待copyFile執行結束，而是直接向下執行，文件復制任務何時結束，程序並不關心。

copyFile('./from.txt','./to.txt')
//下面的代碼不會等待上面的代碼執行結束
...

執行到這裡，好像一切還都是正常的，但是，如果我們在copyFile(...)函數後，直接訪問文件./to.txt中的內容會發生什麼呢？

這將不會讀到復制過來的內容，就行這樣：

copyFile('./from.txt','./to.txt')
fs.readFile('./to.txt',(err,data)=>{
    ...
})

如果在執行程序之前，./to.txt文件還沒有創建，將得到如下錯誤：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
finished
Copy finished
PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
錯誤：ENOENT: no such file or directory, open 'E:\Code\Node\demos\03-callback\to.txt'
Copy finished

即使./to.txt存在，也無法讀取其中復制的內容。

造成這種現象的原因是：copyFile(...)是異步執行的，程序執行到copyFile(...)函數後，並不會等待其復制完畢，而是直接向下執行，從而導致出現文件./to.txt不存在的錯誤，或者文件內容為空錯誤（如果提前創建文件）。

三、回調函數

異步函數的具體執行結束的時間是不能確定的，例如readFile(from,to)函數的執行結束時間大概率取決於文件from的大小。

那麼，問題在於我們如何才能準確的定位copyFile執行結束，從而讀取to文件中的內容呢？

這就需要使用回調函數，我們可以修改copyFile函數如下：

function copyFile(from, to, callback) {
    fs.readFile(from, (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        fs.writeFile(to, data, (err) => {
            if (err) {
                console.log(err.message)
                return
            }
            console.log('Copy finished')
            callback()//當復制操作完成後調用回調函數
        })
    })
}

這樣，我們如果需要在文件復制完成後，立即執行一些操作，就可以把這些操作寫入回調函數中：

function copyFile(from, to, callback) {
    fs.readFile(from, (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        fs.writeFile(to, data, (err) => {
            if (err) {
                console.log(err.message)
                return
            }
            console.log('Copy finished')
            callback()//當復制操作完成後調用回調函數
        })
    })
}
copyFile('./from.txt', './to.txt', function () {
    //傳入一個回調函數，讀取“to.txt”文件中的內容並輸出
    fs.readFile('./to.txt', (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        console.log(data.toString())
    })
})

如果，你已經準備好瞭./from.txt文件，那麼以上代碼就可以直接運行：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
Copy finished
加入社區“仙宗”，和我一起修仙吧
社區地址：http://t.csdn.cn/EKf1h

這種編程方式被稱為“基於回調”的異步編程風格，異步執行的函數應當提供一個回調參數用於在任務結束後調用。

這種風格在JavaScript編程中普遍存在，例如文件讀取函數fs.readFile、fs.writeFile都是異步函數。

四、回調的回調

回調函數可以準確的在異步工作完成後處理後繼事宜，如果我們需要依次執行多個異步操作，就需要嵌套回調函數。

案例場景：依次讀取文件A和文件B

代碼實現：

fs.readFile('./A.txt', (err, data) => {
    if (err) {
        console.log(err.message)
        return
    }
    console.log('讀取文件A：' + data.toString())
    fs.readFile('./B.txt', (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        console.log("讀取文件B：" + data.toString())
    })
})

執行效果：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
讀取文件A：仙宗無限好，隻是缺瞭佬

讀取文件B：要想入仙宗，鏈接不能少  
http://t.csdn.cn/H1faI

通過回調的方式，就可以在讀取文件A之後，緊接著讀取文件B。

如果我們還想在文件B之後，繼續讀取文件C呢？這就需要繼續嵌套回調：

fs.readFile('./A.txt', (err, data) => {//第一次回調
    if (err) {
        console.log(err.message)
        return
    }
    console.log('讀取文件A：' + data.toString())
    fs.readFile('./B.txt', (err, data) => {//第二次回調
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        console.log("讀取文件B：" + data.toString())
        fs.readFile('./C.txt',(err,data)=>{//第三次回調
            ...
        })
    })
})

也就是說，如果我們想要依次執行多個異步操作，需要多層嵌套回調，這在層數較少時是行之有效的，但是當嵌套次數過多時，會出現一些問題。

回調的約定

實際上，fs.readFile中的回調函數的樣式並非個例，而是JavaScript中的普遍約定。我們日後會自定義大量的回調函數，也需要遵守這種約定，形成良好的編碼習慣。

約定是：

  • callback 的第一個參數是為 error 而保留的。一旦出現 error，callback(err) 就會被調用。
  • 第二個以及後面的參數用於接收異步操作的成功結果。此時 callback(null, result1, result2,...) 就會被調用。

基於以上約定，一個回調函數擁有錯誤處理和結果接收兩個功能，例如fs.readFile('...',(err,data)=>{})的回調函數就遵循瞭這種約定。

五、回調地獄

如果我們不深究的話，基於回調的異步方法處理似乎是相當完美的處理方式。問題在於，如果我們有一個接一個 的異步行為，那麼代碼就會變成這樣：

fs.readFile('./a.txt',(err,data)=>{
    if(err){
        console.log(err.message)
        return
    }
    //讀取結果操作
    fs.readFile('./b.txt',(err,data)=>{
        if(err){
            console.log(err.message)
            return
        }
        //讀取結果操作
        fs.readFile('./c.txt',(err,data)=>{
            if(err){
                console.log(err.message)
                return
            }
            //讀取結果操作
            fs.readFile('./d.txt',(err,data)=>{
                if(err){
                    console.log(err.message)
                    return
                }
                ...
            })
        })
    })
})

以上代碼的執行內容是：

  • 讀取文件a.txt，如果沒有發生錯誤的話；
  • 讀取文件b.txt，如果沒有發生錯誤的話；
  • 讀取文件c.txt，如果沒有發生錯誤的話；
  • 讀取文件d.txt，…

隨著調用的增加，代碼嵌套層級越來越深，包含越來越多的條件語句，從而形成不斷向右縮進的混亂代碼，難以閱讀和維護。

我們稱這種不斷向右增長（向右縮進）的現象為“回調地獄”或者“末日金字塔”！

fs.readFile('a.txt',(err,data)=>{
    fs.readFile('b.txt',(err,data)=>{
        fs.readFile('c.txt',(err,data)=>{
            fs.readFile('d.txt',(err,data)=>{
                fs.readFile('e.txt',(err,data)=>{
                    fs.readFile('f.txt',(err,data)=>{
                        fs.readFile('g.txt',(err,data)=>{
                            fs.readFile('h.txt',(err,data)=>{
                                ...
                                /*
								  通往地獄的大門
								  ===>
                                */
                            })
                        })
                    })
                })
            })
        })
    })
})

雖然以上代碼看起來相當規整，但是這隻是用於舉例的理想場面，通常業務邏輯中會有大量的條件語句、數據處理操作等代碼，從而打亂當前美好的秩序，讓代碼變的難以維護。

幸運的是，JavaScript為我們提供瞭多種解決途徑，Promise就是其中的最優解。

（原諒我賣瞭一個關子，這篇文章太長瞭，下篇繼續講）

六、總結

本文主要介紹瞭異步和回調的基本概念，二者是JavaScript的核心內容，需要所有熱愛JS的小夥伴深入瞭解。

  • 異步、並行、同步的基本概念；
  • 使用回調函數處理異步任務；
  • 回調函數的嵌套和約定；
  • 回調地獄的基本概念；

到此這篇關於JavaScript中異步與回調的基本概念，以及回調地獄現象的文章就介紹到這瞭,更多相關js異步回調地獄內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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