JavaScript 中如何实现并发控制？

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一、并发控制简介

在日常开发过程中，你可能会遇到并发控制的场景，比如控制请求并发数。那么在 JavaScript 中如何实现并发控制呢?在回答这个问题之前，我们来简单介绍一下并发控制。

假设有 6 个待办任务要执行，而我们希望限制同时执行的任务个数，即最多只有 2 个任务能同时执行。当 正在执行任务列表 中的任何 1 个任务完成后，程序会自动从 待办任务列表 中获取新的待办任务并把该任务添加到 正在执行任务列表 中。为了让大家能够更直观地理解上述的过程，阿宝哥特意画了以下 3 张图：

1.1 阶段一

1.2 阶段二

1.3 阶段三

好的，介绍完并发控制之后，阿宝哥将以 Github 上 async-pool 这个库来介绍一下异步任务并发控制的具体实现。

https://github.com/rxaviers/async-pool 
 
 
 
Run multiple promise-returning & async functions with limited concurrency using native ES6/ES7。 

 二、并发控制的实现

async-pool 这个库提供了 ES7 和 ES6 两种不同版本的实现，在分析其具体实现之前，我们来看一下它如何使用。

2.1 asyncPool 的使用

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i)); 
await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout); 

在以上代码中，我们使用 async-pool 这个库提供的 asyncPool 函数来实现异步任务的并发控制。asyncPool 函数的签名如下所示：

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn){ ... } 

 该函数接收 3 个参数：

• poolLimit(数字类型)：表示限制的并发数;
• array(数组类型)：表示任务数组;
• iteratorFn(函数类型)：表示迭代函数，用于实现对每个任务项进行处理，该函数会返回一个 Promise 对象或异步函数。

对于以上示例来说，在使用了 asyncPool 函数之后，对应的执行过程如下所示：

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i)); 
await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout); 
// Call iterator (i = 1000) 
// Call iterator (i = 5000) 
// Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete... 
// 1000 finishes 
// Call iterator (i = 3000) 
// Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete... 
// 3000 finishes 
// Call iterator (i = 2000) 
// Itaration is complete, wait until running ones complete... 
// 5000 finishes 
// 2000 finishes 
// Resolves, results are passed in given array order `[1000, 5000, 3000, 2000]`. 

通过观察以上的注释信息，我们可以大致地了解 asyncPool 函数内部的控制流程。下面我们先来分析 asyncPool 函数的 ES7 实现。

2.2 asyncPool ES7 实现

async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) { 
  const ret = []; // 存储所有的异步任务 
  const executing = []; // 存储正在执行的异步任务 
  for (const item of array) { 
    // 调用iteratorFn函数创建异步任务 
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array)); 
    ret.push(p); // 保存新的异步任务 
 
    // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时，进行并发控制 
    if (poolLimit <= array.length) { 
      // 当任务完成后，从正在执行的任务数组中移除已完成的任务 
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1)); 
      executing.push(e); // 保存正在执行的异步任务 
      if (executing.length >= poolLimit) { 
        await Promise.race(executing); // 等待较快的任务执行完成 
      } 
    } 
  } 
  return Promise.all(ret); 
} 

在以上代码中，充分利用了 Promise.all 和 Promise.race 函数特点，再结合 ES7 中提供的 async await 特性，最终实现了并发控制的功能。利用 await Promise.race(executing); 这行语句，我们会等待 正在执行任务列表 中较快的任务执行完成之后，才会继续执行下一次循环。

asyncPool ES7 实现相对比较简单，接下来我们来看一下不使用 async await 特性要如何实现同样的功能。

2.3 asyncPool ES6 实现

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) { 
  let i = 0; 
  const ret = []; // 存储所有的异步任务 
  const executing = []; // 存储正在执行的异步任务 
  const enqueue = function () { 
    if (i === array.length) { 
      return Promise.resolve(); 
    } 
    const item = array[i++]; // 获取新的任务项 
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array)); 
    ret.push(p); 
 
    let r = Promise.resolve(); 
 
    // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时，进行并发控制 
    if (poolLimit <= array.length) { 
      // 当任务完成后，从正在执行的任务数组中移除已完成的任务 
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1)); 
      executing.push(e); 
      if (executing.length >= poolLimit) { 
        r = Promise.race(executing);  
      } 
    } 
  
    // 正在执行任务列表 中较快的任务执行完成之后，才会从array数组中获取新的待办任务 
    return r.then(() => enqueue()); 
  }; 
  return enqueue().then(() => Promise.all(ret)); 
} 

在 ES6 的实现版本中，通过内部封装的 enqueue 函数来实现核心的控制逻辑。当 Promise.race(executing) 返回的 Promise 对象变成已完成状态时，才会调用 enqueue 函数，从 array 数组中获取新的待办任务。

三、阿宝哥有话说

在 asyncPool 这个库的 ES7 和 ES6 的具体实现中，我们都使用到了 Promise.all 和 Promise.race 函数。其中手写 Promise.all 是一道常见的面试题。刚好趁着这个机会，阿宝哥跟大家一起来手写简易版的 Promise.all 和 Promise.race 函数。

3.1 手写 Promise.all

Promise.all(iterable) 方法会返回一个 promise 对象，当输入的所有 promise 对象的状态都变成 resolved 时，返回的 promise 对象就会以数组的形式，返回每个 promise 对象 resolve 后的结果。当输入的任何一个 promise 对象状态变成 rejected 时，则返回的 promise 对象会 reject 对应的错误信息。

Promise.all = function (iterators) { 
  return new Promise((resolve, reject) => { 
    if (!iterators || iterators.length === 0) { 
      resolve([]); 
    } else { 
      let count = 0; // 计数器，用于判断所有任务是否执行完成 
      let result = []; // 结果数组 
      for (let i = 0; i < iterators.length; i++) { 
        // 考虑到iterators[i]可能是普通对象，则统一包装为Promise对象 
        Promise.resolve(iterators[i]).then( 
          (data) => { 
            result[i] = data; // 按顺序保存对应的结果 
            // 当所有任务都执行完成后，再统一返回结果 
            if (++count === iterators.length) { 
              resolve(result); 
            } 
          }, 
          (err) => { 
            reject(err); // 任何一个Promise对象执行失败，则调用reject()方法 
            return; 
          } 
        ); 
      } 
    } 
  }); 
}; 

需要注意的是对于 Promise.all 的标准实现来说，它的参数是一个可迭代对象，比如 Array、String 或 Set 等。

3.2 手写 Promise.race

Promise.race(iterable) 方法会返回一个 promise 对象，一旦迭代器中的某个 promise 对象 resolved 或 rejected，返回的 promise 对象就会 resolve 或 reject 相应的值。

Promise.race = function (iterators) { 
  return new Promise((resolve, reject) => { 
    for (const iter of iterators) { 
      Promise.resolve(iter) 
        .then((res) => { 
          resolve(res); 
        }) 
        .catch((e) => { 
          reject(e); 
        }); 
    } 
  }); 
}; 

本文阿宝哥带大家详细分析了 async-pool 异步任务并发控制的具体实现，同时为了让大家能够更好地理解 async-pool 的核心代码。最后阿宝哥还带大家一起手写简易版的 Promise.all 和 Promise.race 函数。其实除了 Promise.all 函数之外，还存在另一个函数 —— Promise.allSettled，该函数用于解决 Promise.all 存在的问题，感兴趣的小伙伴可以自行研究一下。

四、参考资源

• Github - async-pool
• MDN - Promise.all
• MDN - Promise.race
• MDN - Promise.allSettled