JavaScript中非同步與回呼的基本概念及回呼地獄現象

JavaScript非同步與回調

一、前言

在學習本文內容之前，我們必須先了解非同步的概念，首先要強調的是非同步和並行有著本質上的差異。

• 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，一般指依照預定的順序依序執行任務，只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。

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

二、非同步函數

JavaScript為我們提供了許多非同步的函數，這些函數允許我們方便的執行非同步任務，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非同步函數，此外， fs.readFile 、 fs.writeFile同樣也是非同步函數。

我們可以自己定義一個非同步任務的案例，例如自訂一個檔案複製函數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先從參數from讀取檔案數據，接著將數據寫入參數to指向的檔案。

我們可以像這樣呼叫copyFile ：

copyFile('./from.txt','./to.txt')//複製檔案

如果這個時候， copyFile(...)後面還有其他程式碼，那麼程式不會等待copyFile執行結束，而是直接向下執行，檔案複製任務何時結束，程式並不在乎。

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

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，直接存取檔案./to.txt中的內容會發生什麼事？

這將不會讀到複製過來的內容，就行這樣：

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

如果在執行程式之前， ./to.txt檔案尚未創建，將得到以下錯誤：

PS E:CodeNodedemos3-callback> node .index.js
finished
Copy finished
PS E:CodeNodedemos3-callback> node .index.js
錯誤：ENOENT: no such file or directory, open 'E:CodeNodedemos3-callbackto.txt'
Copy finished

即使./to.txt存在，也無法讀取其中複製的內容。

造成這種現象的原因是： copyFile(...)是異步執行的，程式執行到copyFile(...)函數後，並不會等待其複製完畢，而是直接向下執行，從而導致出現文件./to.txt不存在的錯誤，或檔案內容為空白錯誤（如果事先建立檔案）。

三、回呼函數

非同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機率取決於檔案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檔案中的內容呢？

這就需要使用回呼函數，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()//複製作業完成後呼叫回調函數})
    })
}

這樣，我們如果需要在檔案複製完成後，立即執行一些操作，就可以把這些操作寫入回呼函數中：

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()//複製作業完成後呼叫回調函數})
    })
}
copyFile('./from.txt', './to.txt', function () {
    //傳入一個回呼函數，讀取「to.txt」檔案中的內容並輸出fs.readFile('./to.txt', (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        console.log(data.toString())
    })
})

如果，你已經準備好了./from.txt文件，那麼多程式碼就可以直接運行：

PS E:CodeNodedemos3-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呼叫。

這種風格在JavaScript程式設計中普遍存在，例如檔案讀取函數fs.readFile 、 fs.writeFile都是非同步函數。

四、回呼的回呼

回呼函數可以準確的在非同步工作完成後處理後繼事宜，如果我們需要依序執行多個非同步操作，就需要嵌套回呼函數。

案例場景：依序讀取檔案A與檔案B

程式碼實作：

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

執行效果：

PS E:CodeNodedemos3-callback> node .index.js
讀取檔案A：仙宗無限好，只是缺了佬

讀取檔案B：要想入仙宗，連結不能少
http://t.csdn.cn/H1faI

透過回呼的方式，就可以在讀取檔案A之後，緊接著讀取檔案B。

如果我們還想在檔案B之後，繼續讀取檔案C呢？這就需要繼續嵌套回呼：

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

也就是說，如果我們想要依序執行多個非同步操作，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。

回呼的約定

實際上， fs.readFile中的回呼函數的樣式並非個例，而是JavaScript中的普遍約定。我們日後會自訂大量的回呼函數，也需要遵守這個約定，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)就會被呼叫。
• 第二個以及後面的參數用於接收非同步操作的成功結果。此時callback(null, result1, result2,...)就會被呼叫。

基於上述約定，一個回呼函數擁有錯誤處理和結果接收兩個功能，例如fs.readFile('...',(err,data)=>{})的回呼函數就遵循了這個約定。

五、回調地獄

如果我們不深究的話，基於回呼的非同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，那麼程式碼就會變成這樣：

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
                }
                ……
            })
        })
    })
})

以上程式碼的執行內容是：

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

隨著呼叫的增加，程式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排的混亂程式碼，難以閱讀和維護。

我們稱這種不斷向右增長（向右縮排）的現象為「回調地獄」或「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 ===>
                                */
                            })
                        })
                    })
                })
            })
        })
    })
})

雖然以上程式碼看起來相當規整，但這只是用來舉例的理想場面，通常業務邏輯中會有大量的條件語句、資料處理操作等程式碼，從而打亂當前美好的秩序，讓程式碼變的難以維護。

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