30分钟,让你彻底明白Promise原理

greenladybug 发布于2月前 阅读149次
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前言

前一阵子记录了promise的一些常规用法,这篇文章再深入一个层次,来分析分析promise的这种规则机制是如何实现的。ps:本文适合已经对promise的用法有所了解的人阅读,如果对其用法还不是太了解,可以移步我的上一篇 博文

本文的promise源码是按照 Promise/A+规范 来编写的(不想看英文版的移步 Promise/A+规范中文翻译

引子

为了让大家更容易理解,我们从一个场景开始讲解,让大家一步一步跟着思路思考,相信你一定会更容易看懂。

考虑下面一种获取用户id的请求处理

//例1
function getUserId() {
    return new Promise(function(resolve) {
        //异步请求
        http.get(url, function(results) {
            resolve(results.id)
        })
    })
}

getUserId().then(function(id) {
    //一些处理
})

getUserId 方法返回一个 promise ,可以通过它的 then 方法注册(注意 注册 这个词)在 promise 异步操作成功时执行的回调。这种执行方式,使得异步调用变得十分顺手。

原理剖析

那么类似这种功能的 Promise 怎么实现呢?其实按照上面一句话,实现一个最基础的雏形还是很easy的。

极简promise雏形

function Promise(fn) {
    var value = null,
        callbacks = [];  //callbacks为数组,因为可能同时有很多个回调

    this.then = function (onFulfilled) {
        callbacks.push(onFulfilled);
    };

    function resolve(value) {
        callbacks.forEach(function (callback) {
            callback(value);
        });
    }

    fn(resolve);
}

上述代码很简单,大致的逻辑是这样的:

  1. 调用 then 方法,将想要在 Promise 异步操作成功时执行的回调放入 callbacks 队列,其实也就是注册回调函数,可以向观察者模式方向思考;

  2. 创建 Promise 实例时传入的函数会被赋予一个函数类型的参数,即 resolve ,它接收一个参数value,代表异步操作返回的结果,当一步操作执行成功后,用户会调用 resolve 方法,这时候其实真正执行的操作是将 callbacks 队列中的回调一一执行;

可以结合 例1 中的代码来看,首先 new Promise 时,传给 promise 的函数发送异步请求,接着调用 promise 对象的 then 属性,注册请求成功的回调函数,然后当异步请求发送成功时,调用 resolve(results.id) 方法, 该方法执行 then 方法注册的回调数组。

相信仔细的人应该可以看出来, then 方法应该能够链式调用,但是上面的最基础简单的版本显然无法支持链式调用。想让 then 方法支持链式调用,其实也是很简单的:

this.then = function (onFulfilled) {
    callbacks.push(onFulfilled);
    return this;
};

see?只要简单一句话就可以实现类似下面的链式调用:

// 例2
getUserId().then(function (id) {
    // 一些处理
}).then(function (id) {
    // 一些处理
});

加入延时机制

细心的同学应该发现,上述代码可能还存在一个问题:如果在 then 方法注册回调之前, resolve 函数就执行了,怎么办?比如 promise 内部的函数是同步函数:

// 例3
function getUserId() {
    return new Promise(function (resolve) {
        resolve(9876);
    });
}
getUserId().then(function (id) {
    // 一些处理
});

这显然是不允许的, Promises/A+ 规范明确要求回调需要通过异步方式执行,用以保证一致可靠的执行顺序。因此我们要加入一些处理,保证在 resolve 执行之前, then 方法已经注册完所有的回调。我们可以这样改造下 resolve 函数:

function resolve(value) {
    setTimeout(function() {
        callbacks.forEach(function (callback) {
            callback(value);
        });
    }, 0)
}

上述代码的思路也很简单,就是通过 setTimeout 机制,将 resolve 中执行回调的逻辑放置到 JS 任务队列末尾,以保证在 resolve 执行时, then 方法的回调函数已经注册完成.

但是,这样好像还存在一个问题,可以细想一下:如果 Promise 异步操作已经成功,这时,在异步操作成功之前注册的回调都会执行,但是在 Promise 异步操作成功这之后调用的 then 注册的回调就再也不会执行了,这显然不是我们想要的。

加入状态

恩,为了解决上一节抛出的问题,我们必须加入状态机制,也就是大家熟知的 pending 、 fulfilled 、 rejected 。

Promises/A+ 规范中的2.1 Promise States 中明确规定了, pending 可以转化为 fulfilled 或 rejected 并且只能转化一次,也就是说如果 pending 转化到 fulfilled 状态,那么就不能再转化到 rejected 。并且 fulfilled 和 rejected 状态只能由 pending 转化而来,两者之间不能互相转换。一图胜千言:

30分钟,让你彻底明白Promise原理

改进后的代码是这样的:

function Promise(fn) {
    var state = 'pending',
        value = null,
        callbacks = [];

    this.then = function (onFulfilled) {
        if (state === 'pending') {
            callbacks.push(onFulfilled);
            return this;
        }
        onFulfilled(value);
        return this;
    };

    function resolve(newValue) {
        value = newValue;
        state = 'fulfilled';
        setTimeout(function () {
            callbacks.forEach(function (callback) {
                callback(value);
            });
        }, 0);
    }

    fn(resolve);
}

上述代码的思路是这样的: resolve 执行时,会将状态设置为 fulfilled ,在此之后调用 then 添加的新回调,都会立即执行。

这里没有任何地方将 state 设为 rejected ,为了让大家聚焦在核心代码上,这个问题后面会有一小节专门加入。

链式Promise

那么这里问题又来了,如果用户再then函数里面注册的仍然是一个 Promise ,该如何解决?比如下面的 例4 :

// 例4
getUserId()
    .then(getUserJobById)
    .then(function (job) {
        // 对job的处理
    });

function getUserJobById(id) {
    return new Promise(function (resolve) {
        http.get(baseUrl + id, function(job) {
            resolve(job);
        });
    });
}

这种场景相信用过 promise 的人都知道会有很多,那么类似这种就是所谓的链式 Promise 。

链式 Promise 是指在当前 promise 达到 fulfilled 状态后,即开始进行下一个 promise (后邻 promise )。那么我们如何衔接当前 promise 和后邻 promise 呢?(这是这里的难点)。

其实也不是辣么难,只要在 then 方法里面 return 一个 promise 就好啦。 Promises/A+ 规范中的2.2.7就是这么说哒(微笑脸)~

下面来看看这段暗藏玄机的 then 方法和 resolve 方法改造代码:

function Promise(fn) {
    var state = 'pending',
        value = null,
        callbacks = [];

    this.then = function (onFulfilled) {
        return new Promise(function (resolve) {
            handle({
                onFulfilled: onFulfilled || null,
                resolve: resolve
            });
        });
    };

    function handle(callback) {
        if (state === 'pending') {
            callbacks.push(callback);
            return;
        }
        //如果then中没有传递任何东西
        if(!callback.onResolved) {
            callback.resolve(value);
            return;
        }

        var ret = callback.onFulfilled(value);
        callback.resolve(ret);
    }

    
    function resolve(newValue) {
        if (newValue && (typeof newValue === 'object' || typeof newValue === 'function')) {
            var then = newValue.then;
            if (typeof then === 'function') {
                then.call(newValue, resolve);
                return;
            }
        }
        state = 'fulfilled';
        value = newValue;
        setTimeout(function () {
            callbacks.forEach(function (callback) {
                handle(callback);
            });
        }, 0);
    }

    fn(resolve);
}

我们结合 例4 的代码,分析下上面的代码逻辑,为了方便阅读,我把 例4 的代码贴在这里:

// 例4
getUserId()
    .then(getUserJobById)
    .then(function (job) {
        // 对job的处理
    });

function getUserJobById(id) {
    return new Promise(function (resolve) {
        http.get(baseUrl + id, function(job) {
            resolve(job);
        });
    });
}
  1. then 方法中,创建并返回了新的 Promise 实例,这是串行 Promise 的基础,并且支持链式调用。

  2. handle 方法是 promise 内部的方法。 then 方法传入的形参 onFulfilled 以及创建新 Promise 实例时传入的 resolve 均被 push 到当前 promise 的 callbacks 队列中,这是衔接当前 promise 和后邻 promise 的关键所在(这里一定要好好的分析下handle的作用)。

  3. getUserId 生成的 promise (简称 getUserId promise )异步操作成功,执行其内部方法 resolve ,传入的参数正是异步操作的结果 id

  4. 调用 handle 方法处理 callbacks 队列中的回调: getUserJobById 方法,生成新的 promise ( getUserJobById promise )

  5. 执行之前由 getUserId promise 的 then 方法生成的新 promise (称为 bridge promise )的 resolve 方法,传入参数为 getUserJobById promise 。这种情况下,会将该 resolve 方法传入 getUserJobById promise 的 then 方法中,并直接返回。

  6. 在 getUserJobById promise 异步操作成功时,执行其 callbacks 中的回调: getUserId bridge promise 中的 resolve 方法

  7. 最后执行 getUserId bridge promise 的后邻 promise 的 callbacks 中的回调。

更直白的可以看下面的图,一图胜千言(都是根据自己的理解画出来的,如有不对欢迎指正):

30分钟,让你彻底明白Promise原理

失败处理

在异步操作失败时,标记其状态为 rejected ,并执行注册的失败回调:

//例5
function getUserId() {
    return new Promise(function(resolve) {
        //异步请求
        http.get(url, function(error, results) {
            if (error) {
                reject(error);
            }
            resolve(results.id)
        })
    })
}

getUserId().then(function(id) {
    //一些处理
}, function(error) {
    console.log(error)
})

有了之前处理 fulfilled 状态的经验,支持错误处理变得很容易,只需要在注册回调、处理状态变更上都要加入新的逻辑:

function Promise(fn) {
    var state = 'pending',
        value = null,
        callbacks = [];

    this.then = function (onFulfilled, onRejected) {
        return new Promise(function (resolve, reject) {
            handle({
                onFulfilled: onFulfilled || null,
                onRejected: onRejected || null,
                resolve: resolve,
                reject: reject
            });
        });
    };

    function handle(callback) {
        if (state === 'pending') {
            callbacks.push(callback);
            return;
        }

        var cb = state === 'fulfilled' ? callback.onFulfilled : callback.onRejected,
            ret;
        if (cb === null) {
            cb = state === 'fulfilled' ? callback.resolve : callback.reject;
            cb(value);
            return;
        }
        ret = cb(value);
        callback.resolve(ret);
    }

    function resolve(newValue) {
        if (newValue && (typeof newValue === 'object' || typeof newValue === 'function')) {
            var then = newValue.then;
            if (typeof then === 'function') {
                then.call(newValue, resolve, reject);
                return;
            }
        }
        state = 'fulfilled';
        value = newValue;
        execute();
    }

    function reject(reason) {
        state = 'rejected';
        value = reason;
        execute();
    }

    function execute() {
        setTimeout(function () {
            callbacks.forEach(function (callback) {
                handle(callback);
            });
        }, 0);
    }

    fn(resolve, reject);
}

上述代码增加了新的 reject 方法,供异步操作失败时调用,同时抽出了 resolve 和 reject 共用的部分,形成 execute 方法。

错误冒泡是上述代码已经支持,且非常实用的一个特性。在 handle 中发现没有指定异步操作失败的回调时,会直接将 bridge promise ( then 函数返回的 promise ,后同)设为 rejected 状态,如此达成执行后续失败回调的效果。这有利于简化串行 Promise 的失败处理成本,因为一组异步操作往往会对应一个实际功能,失败处理方法通常是一致的:

//例6
getUserId()
    .then(getUserJobById)
    .then(function (job) {
        // 处理job
    }, function (error) {
        // getUserId或者getUerJobById时出现的错误
        console.log(error);
    });

异常处理

细心的同学会想到:如果在执行成功回调、失败回调时代码出错怎么办?对于这类异常,可以使用 try-catch 捕获错误,并将 bridge promise 设为 rejected 状态。 handle 方法改造如下:

function handle(callback) {
    if (state === 'pending') {
        callbacks.push(callback);
        return;
    }

    var cb = state === 'fulfilled' ? callback.onFulfilled : callback.onRejected,
        ret;
    if (cb === null) {
        cb = state === 'fulfilled' ? callback.resolve : callback.reject;
        cb(value);
        return;
    }
    try {
        ret = cb(value);
        callback.resolve(ret);
    } catch (e) {
        callback.reject(e);
    } 
}

如果在异步操作中,多次执行 resolve 或者 reject 会重复处理后续回调,可以通过内置一个标志位解决。

总结

刚开始看promise源码的时候总不能很好的理解then和resolve函数的运行机理,但是如果你静下心来,反过来根据执行promise时的逻辑来推演,就不难理解了。这里一定要注意的点是:promise里面的then函数仅仅是注册了后续需要执行的代码,真正的执行是在resolve方法里面执行的,理清了这层,再来分析源码会省力的多。

现在回顾下Promise的实现过程,其主要使用了设计模式中的观察者模式:

  1. 通过Promise.prototype.then和Promise.prototype.catch方法将观察者方法注册到被观察者Promise对象中,同时返回一个新的Promise对象,以便可以链式调用。

  2. 被观察者管理内部pending、fulfilled和rejected的状态转变,同时通过构造函数中传递的resolve和reject方法以主动触发状态转变和通知观察者。

参考文献

深入理解 Promise

JavaScript Promises ... In Wicked Detail

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