JavaScript异步与Promise实现

【引自熊建刚的博客】前言

如果你已经对JavaScript异步有一定了解，或者已经阅读过本系列的其他两篇文章，那请继续阅读下一小节，若你还有疑惑或者想了解JavaScript异步机制与编程，可以阅读一遍这两篇文章：

• JavaScript之异步编程简述
• JavaScript之异步编程

回调函数

回调函数，作为JavaScript异步编程的基本单元，非常常见，你肯定对下面这类代码一点都不陌生：

component.do('purchase', funcA); 
    function funcA(args, callback) { 
        //... 
        setTimeout(function() { 
            $.ajax(url, function(res) { 
                if (res) { 
                    callback(res) 
                } else {//...} 
            }); 
        }, 300); 
        funcB(); 
        setTimeout(function() { 
            $.ajax(arg, function(res) { 
                if (res) { 
                    callback(res); 
                } 
            }); 
        }, 400); 
    }  

上面这些代码，一层一层，嵌套在一起，这种代码通常称为回调地狱，无论是可读性，还是代码顺序，或者回调是否可信任，亦或是异常处理角度看，都是不尽人意的，下面做简单阐述。

顺序性

上文例子中代码funcB函数，还有两个定时器回调函数，回调内各自又有一个ajax异步请求然后在请求回调里面执行最外层传入的回调函数，对于这类代码，你是否能明确指出个回调的执行顺序呢?如果funcB函数内还有异步任务呢?，情况又如何?

假如某一天，比如几个月后，线上出了问题，我们需要跟踪异步流，找出问题所在，而跟踪这类异步流，不仅需要理清个异步任务执行顺序，还需要在众多回调函数中不断地跳跃，调试(或许你还能记得诸如funcB这些函数的作用和实现)，无论是出于效率，可读性，还是出于人性化，都不希望开开发者们再经历这种痛苦。

信任问题

如上，我们调用了一个第三方支付组件的支付API，进行购买支付，正常情况发现一切运行良好，但是假如某一天，第三方组件出问题了，可能多次调用传入的回调，也可能传回错误的数据。说到底，这样的回调嵌套，控制权在第三方，对于回调函数的调用方式、时间、次数、顺序，回调函数参数，还有下一节将要介绍的异常和错误都是不可控的，因为无论如何，并不总能保证第三方是可信任的。

错误处理

关于JavaScript错误异常，初中级开发接触的可能并不多，但是其实还是有很多可以学习实践的地方，如前端异常监控系统的设计，开发和部署，并不是三言两语能阐述的，之后会继续推出相关文章。

错误堆栈

我们知道当JavaScript抛出错误或异常时，对于未捕获异常，浏览器会默认在控制台输出错误堆栈信息，如下，当test未定义时：

function init(name) { 
       test(name) 
   } 
 
   init('jh');  

输出如图： 

 

 

 

如图中自顶向下输出红色异常堆栈信息，Uncaught表示该异常未捕获，ReferenceError表明该异常类型为引用异常，冒号后是异常的详细信息：test is not defined，test未定义;后面以at起始的行就是该异常发生处的调用堆栈。第一行说明异常发生在init函数，第二行说明init函数的调用环境，此处在控制台直接调用，即相当于在匿名函数环境内调用。

异步错误堆栈

上面例子是同步代码执行的异常，当异常发生在异步任务内时，又会如何呢?，假如把上例中代码放在一个setTimeout定时器内执行：

function init(name) { 
    test(name) 
} 
setTimeout(function A() { 
    setTimeout(function() { 
        init(); 
    }, 0); 
}, 0);  

如图： 

 

 

 

可以看到，异步任务中的未捕获异常，也会在控制台输出，但是setTimeout异步任务回调函数没有出现在异常堆栈，为什么呢?这是因为当init函数执行时，setTimeout的异步回调函数不在执行栈内，而是通过事件队列调用。

JavaScript错误处理

JavaScript的异常捕获，主要有两种方式：

• try{}catch(e){}主动捕获异常; 

 

 

 

如上，对于同步执行大代码出现异常，try{}catch(e){}是可以捕获的，那么异步错误呢? 

 

 

 

如上图，我们发现，异步回调中的异常无法被主动捕获，由浏览器默认处理，输出错误信息。

window.onerror事件处理器，所有未捕获异常都会自动进入此事件回调 

 

 

 

如上图，输出了script error错误信息，同时，你也许注意到了，控制台依然打印出了错误堆栈信 息，或许你不希望用户看到这么醒目的错误提醒，那么可以使window.onerror的回调返回true即可阻止浏览器的默认错误处理行为： 

 

 

 

当然，一般不随意设置window.onerror回调，因为程序通常可能需要部署前端异常监控系统，而通常就是使用window.onerror处理器实现全局异常监控，而该事件处理器只能注册一个回调。

回调与Promise

以上我们谈到的诸多关于回调的不足，都很常见，所以必须是需要解决的，而Promise正是一种很好的解决这些问题的方式，当然，现在已经提出了比Promise更先进的异步任务处理方式，但是目前更大范围使用，兼容性更好的方式还是Promise，也是本篇要介绍的，之后会继续介绍其他处理方式。

Promises/A+

分析了一大波问题后，我们知道Promise的目标是异步管理，那么Promise到底是什么呢?

• 异步，表示在将来某一时刻执行，那么Promise也必须可以表示一个将来值;
• 异步任务，可能成功也可能失败，则Promise需要能完成事件，标记其状态值(这个过程即决议-resolve，下文将详细介绍);
• 可能存在多重异步任务，即异步任务回调中有异步任务，所以Promise还需要支持可重复使用，添加异步任务(表现为顺序链式调用，注册异步任务，这些异步任务将按注册的顺序执行)。

所以，Promise是一种封装未来值的易于复用的异步任务管理机制。

为了更好的理解Promise，我们介绍一下Promises/A+，一个公开的可操作的Promises实现标准。先介绍标准规范，再去分析具体实现，更有益于理解。

Promise代表一个异步计算的最终结果。使用promise最基础的方式是使用它的then方法，该方法会注册两个回调函数，一个接收promise完成的最终值，一个接收promise被拒绝的原因。

Promises/A

你可能还会想问Promises/A是什么，和Promises/A+有什么区别。Promises/A+在Promises/A议案的基础上，更清晰阐述了一些准则，拓展覆盖了一些事实上的行为规范，同时删除了一些不足或者有问题的部分。

Promises/A+规范目前只关注如何提供一个可操作的then方法，而关于如何创建，决议promises是日后的工作。

术语

1. promise: 指一个拥有符合规范的then方法的对象;
2. thenable: 指一个定义了then方法的对象;
3. 决议(resolve): 改变一个promise等待状态至已完成或被拒绝状态， 一旦决议，不再可变;
4. 值(value): 一个任意合法的JavaScript值，包括undefined,thenable对象，promise对象;
5. exception/error: JavaScript引擎抛出的异常/错误
6. 拒绝原因(reject reason): 一个promise被拒绝的原因

Promise状态

一个promise只可能处于三种状态之一：

• 等待(pending)：初始状态;
• 已完成(fulfilled)：操作成功完成;
• 被拒绝(rejected)：操作失败;

这三个状态变更关系需满足以下三个条件：

• 处于等待(pending)状态时，可以转变为已完成(fulfilled)或者被拒绝状态(rejected);
• 处于已完成状态时，状态不可变，且需要有一个最终值;
• 处于被拒绝状态时，状态不可变，且需要有一个拒绝原因。

then方法

一个promise必须提供一个then方法，以供访问其当前状态，或最终值或拒绝原因。

参数

该方法接收两个参数，如promise.then(onFulfilled, onRejected):

• 两个参数均为可选，均有默认值，若不传入，则会使用默认值;
• 两个参数必须是函数，否则会被忽略，使用默认函数;
• onFulfilled: 在promise已完成后调用且仅调用一次该方法，该方法接受promise最终值作参数;
• onRejected: 在promise被拒绝后调用且仅调用一次该方法，该方法接受promise拒绝原因作参数;
• 两个函数都是异步事件的回调，符合JavaScript事件循环处理流程

返回值

该方法必须返回一个promise:

var promise2 = promise1.then(onFulfilled, onRejected); 
// promise2依然是一个promise对象  

决议过程(resolution)

决议是一个抽象操作过程，该操作接受两个输入：一个promise和一个值，可以记为;[[resolve]](promise, x)，如果x是一个thenable对象，则尝试让promise参数使用x的状态值;否则，将使用x值完成传入的promise，决议过程规则如下：

1.如果promise和x引用自同一对象，则使用一个TypeError原因拒绝此promise;

2.x为Promise，则promise直接使用x的状态;

3.x为对象或函数：

1. 获取一个x.then的引用;
2. 若获取x.then时抛出异常e，使用该e作为原因拒绝promise;
3. 否则将该引用赋值给then;
4. 若then是一个函数，就调用该函数，其作用域为x，并传递两个回调函数参数，第一个是resolvePromise,第二个是rejectPromise：
   1. 若调用了resolvePromise(y)，则执行resolve(promise, y);
   2. 若调用了rejectPrtomise(r)，则使用原因r拒绝promise;
   3. 若多次调用，只会执行第一次调用流程，后续调用将被忽略;
   4. 若调用then抛出异常e，则：
      1. 若promise已决议，即调用了resolvePromise或rejectPrtomise，则忽略此异常;
      2. 否则，使用原因e拒绝promise;

      5.若then不是函数，则使用x值完成promise;

4.若x不是对象或函数，则使用x完成promise。

自然，以上规则可能存在递归循环调用的情况，如一个promsie被一个循环的thenable对象链决议，此时自然是不行的，所以规范建议进行检测，是否存在递归调用，若存在，则以原因TypeError拒绝promise。

Promise

在ES6中，JavaScript已支持Promise，一些主流浏览器也已支持该Promise功能，如Chrome，先来看一个Promsie使用实例：

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
        setTimeout(function() { 
            resolve('完成'); 
        }, 10); 
    }); 
    promise.then((msg) => { 
        console.log('first messaeg: ' + msg); 
    }) 
    promise.then((msg) => { 
        console.log('second messaeg: ' + msg); 
    });  

输出如下： 

 

 

 

构造器

创建promise语法如下：

new Promise(function(resolve, reject) {}); 

• 参数

一个函数，该函数接受两个参数：resolve函数和reject函数;当实例化Promise构造函数时，将立即调用该函数，随后返回一个Promise对象。通常，实例化时，会初始一个异步任务，在异步任务完成或失败时，调用resolve或reject函数来完成或拒绝返回的Promise对象。另外需要注意的是，若传入的函数执行抛出异常，那么这个promsie将被拒绝。

静态方法

Promise.all(iterable)

all方法接受一个或多个promsie(以数组方式传递)，返回一个新promise，该promise状态取决于传入的参数中的所有promsie的状态：

1. 当所有promise都完成是，返回的promise完成，其最终值为由所有完成promsie的最终值组成的数组;
2. 当某一promise被拒绝时，则返回的promise被拒绝，其拒绝原因为第一个被拒绝promise的拒绝原因;

var p1 = new Promise((resolve, reject) => { 
       setTimeout(function(){ 
           console.log('p1决议'); 
           resolve('p1'); 
       }, 10); 
   }); 
   var p2 = new Promise((resolve, reject) => { 
       setTimeout(function(){ 
           console.log('p2决议'); 
           resolve('p2'); 
       }, 10); 
   }); 
   Promise.all( [p1, p2] ) 
   .then((msgs) => { 
       // p1和p2完成并传入最终值 
       console.log(JSON.stringify(msgs)); 
   }) 
   .then((msg) => { 
       console.log( msg ); 
   });  

输出如下： 

 

 

 

Promise.race(iterable)

race方法返回一个promise,只要传入的诸多promise中的某一个完成或被拒绝，则该promise同样完成或被拒绝，最终值或拒绝原因也与之相同。

Promise.resolve(x)

resolve方法返回一个已决议的Promsie对象:

1. 若x是一个promise或thenable对象，则返回的promise对象状态同x;
2. 若x不是对象或函数，则返回的promise对象以该值为完成最终值;
3. 否则，详细过程依然按前文Promsies/A+规范中提到的规则进行。

该方法遵循Promise/A+决议规范。

Promsie.reject(reason)

返回一个使用传入的原因拒绝的Promise对象。

实例方法

Promise.prototype.then(onFulfilled, onRejected)

该方法为promsie添加完成或拒绝处理器，将返回一个新的promise，该新promise接受传入的处理器调用后的返回值进行决议;若promise未被处理，如传入的处理器不是函数，则新promise维持原来promise的状态。

我们通过两个例子介绍then方法，首先看第一个实例：

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
       setTimeout(function() { 
           resolve('完成'); 
       }, 10); 
   }); 
   promise.then((msg) => { 
       console.log('first messaeg: ' + msg); 
   }).then((msg) => { 
       console.log('second messaeg: ' + msg); 
   });  

输出如下： 

 

 

 

输出两行信息：我们发现第二个then方法接收到的最终值是undefined，为什么呢?看看第一个then方法调用后返回的promise状态如下： 

 

 

 

如上图，发现调用第一个then方法后，返回promise最终值为undefined，传递给第二个then的回调，如果把上面的例子稍加改动：

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
        setTimeout(function() { 
            resolve('完成'); 
        }, 10); 
    }); 
    promise.then((msg) => { 
        console.log('first messaeg: ' + msg); 
        return msg + '第二次'; 
    }).then((msg) => { 
        console.log('second messaeg: ' + msg); 
    });  

输出如下： 

 

 

 

这次两个then方法的回调都接收到了最终值，正如我们前文所说，'then'方法返回一个新promise，并且该新promise根据其传入的回调执行的返回值，进行决议，而函数未明确return返回值时，默认返回的是undefined，这也是上面实例第二个then方法的回调接收undefined参数的原因。

这里使用了链式调用，我们需要明确：共产生三个promise，初始promise，两个then方法分别返回一个promise;而第一个then方法返回的新promise是第二个then方法的主体，而不是初始promise。

Promise.prototype.catch(onRejected)

该方法为promise添加拒绝回调函数，将返回一个新promise，该新promise根据回调函数执行的返回值进行决议;若promise决议为完成状态，则新promise根据其最终值进行决议。

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
        setTimeout(() => { 
            reject('failed'); 
        }, 0); 
    }); 
 
    var promise2 = promise.catch((reason) => { 
        console.log(reason); 
        return 'successed'; 
    }); 
    var promise3 = promise.catch((reason) => { 
        console.log(reason); 
    }); 
    var promise4 = promise.catch((reason) => { 
        console.log(reason); 
        throw 'failed 2'; 
    });  

输出如下图： 

 

 

 

如图中所输出内容，我们需要明白以下几点：

1. catch会为promise注册拒绝回调函数，一旦异步操作结束，调用了reject回调函数，则依次执行注册的拒绝回调;
2. 另外有一点和then方法相似，catch方法返回的新promise将使用其回调函数执行的返回值进行决议，如promise2,promise3状态均为完成(resolved)，但是promise3最终值为undefined，而promise2最终值为successed，这是因为在调用promise.catch方法时，传入的回调没有显式的设置返回值;
3. 对于promise4，由于调用catch方法时，回调中throw抛出异常，所以promise4状态为拒绝(rejected)，拒绝原因为抛出的异常;
4. 特别需要注意的是这里一共有四个promise，一旦决议，它们之间都是独立的，我们需要明白无论是then方法，还是catch方法，都会返回一个新promise，此新promise与初始promise相互独立。

catch方法和then方法的第二个参数一样，都是为promise注册拒绝回调。

链式调用

和jQuery的链式调用一样，Promise设计也支持链式调用，上一步的返回值作为下一步方法调用的主体：

new Promise((resolve, reject) => { 
       setTimeout(()=>{ 
           resolve('success'); 
       },0); 
   }).then((msg) => { 
       return 'second success'; 
   }).then((msg) => { 
       console.log(msg); 
   });  

最后输出：second success，初始化promise作为主体调用第一个then方法，返回完成状态的新promise其最终值为second success，然后该新promise作为主体调用第二个then方法，该方法返回第三个promise，而且该promise最终值为undefined，若不清楚为什么，请回到关于Promise.prototype.then和Promise.prototype.catch的介绍。

错误处理

我们前文提到了JavaScript异步回调中的异常是难以处理的，而Promise对异步异常和错误的处理是比较方便的：

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
       test(); // 抛出异常 
       resolve('success'); // 被忽略 
   }); 
   console.log(promise); 
   promise.catch((reason) => { 
       console.log(reason); 
   });  

输出如图，执行test抛出异常，导致promise被拒绝，拒绝原因即抛出的异常，然后执行catch方法注册的拒绝回调： 

 

 

 

决议，完成与拒绝

目前为止，关于Promise是什么，我们应该有了一定的认识，这里，需要再次说明的是Promise的三个重要概念及其关系：决议(resolve),完成(fulfill),拒绝(reject)。

1. 完成与拒绝是Promise可能处于的两种状态;
2. 决议是一个过程，是Promise由等待状态变更为完成或拒绝状态的一个过程;
3. 静态方法Promise.resolve描述的就是一个决议过程，而Promise构造函数，传入的回调函数的两个参数：resolve和reject，一个是完成函数，一个是拒绝函数，这里令人疑惑的是为什么这里依然使用resolve而不是fulfill，我们通过一个例子解释这个问题:

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
        resolve(Promise.reject('failed')); 
    }); 
    promise.then((msg) => { 
        console.log('完成：' + msg); 
    }, (reason) => { 
        console.log('拒绝：' + reason); 
    });  

输出如图： 

 

 

 

上例中，在创建一个Promise时，给resolve函数传递的是一个拒绝Promise，此时我们发现promise状态是rejected，所以这里第一个参数函数执行，完成的是一个更接近决议的过程(可以参考前文讲述的决议过程)，所以命名为resolve是更合理的;而第二个参数函数，则只是拒绝该promise:

var promise = new Promise((resolve, reject) => { 
       reject(Promise.resolve('success')); 
   }); 
   promise.then((msg) => { 
       console.log('完成：' + msg); 
   }, (reason) => { 
       console.log('拒绝：' + reason); 
   });  

reject函数并不会处理参数，而只是直接将其当做拒绝原因拒绝promise。

Promise实现

Promise是什么，怎么样使用就介绍到此，另外一个问题是面试过程中经常也会被提及的：如何实现一个Promise，当然，限于篇幅，我们这里只讲思路，不会长篇大论。

构造函数

首先创建一个构造函数，供实例化创建promise，该构造函数接受一个函数参数，实例化时，会立即调用该函数，然后返回一个Promise对象:

var MyPromise = (() => { 
        var value = undefined; // 当前Promise 
        var tasks = []; // 完成回调队列 
        var rejectTasks = []; // 拒绝回调队列 
        var state = 'pending'; // Promise初始为等待态 
 
        // 辅助函数，使异步回调下一轮事件循环执行 
        var nextTick = (callback) => { 
            setTimeout(callback, 0); 
        }; 
 
        // 辅助函数，传递Promsie的状态值 
        var ref = (value) => { 
            if (value && typeof value.then === 'function') { 
                // 若状态值为thenable对象或Promise，直接返回 
                return value; 
            } 
            // 否则，将最终值传递给下一个then方法注册的回调函数 
            return { 
                then: function(callback) { 
                    return ref(callback(value)); 
                } 
            } 
        }; 
        var resolve = (val) => {}; 
        var reject = (reason) => {}; 
 
        function MyPromise(func) { 
            func(resolve.bind(this), reject.bind(this)); 
        } 
 
        return MyPromise; 
    });  

静态方法

在实例化创建Promise时，我们会将构造函数的两个静态方法：resolve和reject传入初始函数，接下来需要实现这两个函数：

var resolve = (val) => { 
        if (tasks) { 
            value = ref(val); 
            state = 'resolved'; // 将状态标记为已完成 
            // 依次执行任务回调 
            tasks.forEach((task) => { 
                value = nextTick((val) => {task[0](self.value);}); 
            }); 
            tasks = undefined; // 决议后状态不可变 
 
            return this; 
        } 
    }; 
    var reject = (reason) => { 
        if (tasks) { 
            value = ref(reason); 
            state = 'rejected'; // 将状态标记为已完成 
 
            // 依次执行任务回调 
            tasks.forEach((task) => { 
                nextTick((reason) => {task[1](value);}); 
            }); 
            tasks = undefined; // 决议后状态不可变 
 
            return this; 
        } 
    };  

还有另外两个静态方法，原理还是一样，就不细说了。

实例方法

目前构造函数，和静态方法完成和拒绝Promise都已经实现，接下来需要考虑的是Promise的实例方法和链式调用：

MyPromise.prototype.then = (onFulfilled, onRejected) => { 
       onFulfilled = onFulfilled || function(value) { 
           // 默认的完成回调 
           return value; 
       }; 
       onRejected = onRejected || function(reason) { 
           // 默认的拒绝回调 
           return reject(reason); 
       }; 
 
       if (tasks) { 
           // 未决议时加入队列 
            tasks.push(onFulfilled); 
            rejectTasks.push(onRejected); 
       } else { 
           // 已决议，直接加入事件循环执行 
            nextTick(() => { 
                if (state === 'resolved') { 
                    value.then(onFulfilled); 
                } else if (state === 'rejected') { 
                    value.then(onRejected); 
                } 
            }); 
       } 
 
       return this; 
   };  

实例

以上可以简单实现Promise部分异步管理功能：

var promise = new MyPromise((resolve, reject) => { 
       setTimeout(() => { 
           resolve('完成'); 
       }, 0); 
   }); 
   promise.then((msg) => {console.log(msg);});  

本篇由回调函数起，介绍了回调处理异步任务的常见问题，然后介绍Promises/A+规范及Promise使用，最后就Promise实现做了简单阐述(之后有机会会详细实现一个Promise)，花费一周终于把基本知识点介绍完，下一篇将介绍JavaScript异步与生成器实现。

参考

1. Promises/A+ specification
2. JavaScript Promise