30分鐘，讓你徹底明白Promise原理
前言
前一陣子記錄了promise的一些常規用法，這篇文章再深入一個層次，來分析分析promise的這種規則機制是如何實現的。ps:本文適合已經對promise的用法有所了解的人閱讀,如果對其用法還不是太了解，可以移步我的上一篇博文。
本文的promise源碼是按照Promise/A+規范來編寫的(不想看英文版的移步Promise/A+規范中文翻譯)
引子
為了讓大家更容易理解，我們從一個場景開始講解，讓大家一步一步跟著思路思考，相信你一定會更容易看懂。
考慮下面一種獲取用戶id的請求處理
- //例1
- function getUserId() {
- return new Promise(function(resolve) {
- //異步請求
- http.get(url, function(results) {
- resolve(results.id)
- })
- })
- }
- getUserId().then(function(id) {
- //一些處理
- })
getUserId方法返回一個promise，可以通過它的then方法注冊(注意注冊這個詞)在promise異步操作成功時執行的回調。這種執行方式，使得異步調用變得十分順手。
原理剖析
那么類似這種功能的Promise怎么實現呢?其實按照上面一句話，實現一個最基礎的雛形還是很easy的。
極簡promise雛形
- function Promise(fn) {
- var value = null,
- callbacks = []; //callbacks為數組，因為可能同時有很多個回調
- this.then = function (onFulfilled) {
- callbacks.push(onFulfilled);
- };
- function resolve(value) {
- callbacks.forEach(function (callback) {
- callback(value);
- });
- }
- fn(resolve);
- }
上述代碼很簡單，大致的邏輯是這樣的：
- 調用then方法，將想要在Promise異步操作成功時執行的回調放入callbacks隊列，其實也就是注冊回調函數，可以向觀察者模式方向思考;
- 創建Promise實例時傳入的函數會被賦予一個函數類型的參數，即resolve，它接收一個參數value，代表異步操作返回的結果，當一步操作執行成功后，用戶會調用resolve方法，這時候其實真正執行的操作是將callbacks隊列中的回調一一執行;
可以結合例1中的代碼來看，首先new Promise時，傳給promise的函數發送異步請求，接著調用promise對象的then屬性，注冊請求成功的回調函數，然后當異步請求發送成功時，調用resolve(results.id)方法, 該方法執行then方法注冊的回調數組。
相信仔細的人應該可以看出來，then方法應該能夠鏈式調用，但是上面的最基礎簡單的版本顯然無法支持鏈式調用。想讓then方法支持鏈式調用，其實也是很簡單的：
- this.then = function (onFulfilled) {
- callbacks.push(onFulfilled);
- return this;
- };
see?只要簡單一句話就可以實現類似下面的鏈式調用：
- // 例2
- getUserId().then(function (id) {
- // 一些處理
- }).then(function (id) {
- // 一些處理
- });
加入延時機制
細心的同學應該發現，上述代碼可能還存在一個問題：如果在then方法注冊回調之前，resolve函數就執行了，怎么辦?比如promise內部的函數是同步函數：
- // 例3
- function getUserId() {
- return new Promise(function (resolve) {
- resolve(9876);
- });
- }
- getUserId().then(function (id) {
- // 一些處理
- });
這顯然是不允許的，Promises/A+規范明確要求回調需要通過異步方式執行，用以保證一致可靠的執行順序。因此我們要加入一些處理，保證在resolve執行之前，then方法已經注冊完所有的回調。我們可以這樣改造下resolve函數:
- function resolve(value) {
- setTimeout(function() {
- callbacks.forEach(function (callback) {
- callback(value);
- });
- }, 0)
- }
上述代碼的思路也很簡單，就是通過setTimeout機制，將resolve中執行回調的邏輯放置到JS任務隊列末尾，以保證在resolve執行時，then方法的回調函數已經注冊完成.
但是，這樣好像還存在一個問題，可以細想一下：如果Promise異步操作已經成功，這時，在異步操作成功之前注冊的回調都會執行，但是在Promise異步操作成功這之后調用的then注冊的回調就再也不會執行了，這顯然不是我們想要的。
加入狀態
恩，為了解決上一節拋出的問題，我們必須加入狀態機制，也就是大家熟知的pending、fulfilled、rejected。
Promises/A+規范中的2.1Promise States中明確規定了，pending可以轉化為fulfilled或rejected并且只能轉化一次，也就是說如果pending轉化到fulfilled狀態，那么就不能再轉化到rejected。并且fulfilled和rejected狀態只能由pending轉化而來，兩者之間不能互相轉換。一圖勝千言：
改進后的代碼是這樣的：
- 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);
- }
上述代碼的思路是這樣的：resolve執行時，會將狀態設置為fulfilled，在此之后調用then添加的新回調，都會立即執行。
這里沒有任何地方將state設為rejected，為了讓大家聚焦在核心代碼上，這個問題后面會有一小節專門加入。
鏈式Promise
那么這里問題又來了，如果用戶再then函數里面注冊的仍然是一個Promise，該如何解決?比如下面的例4：
- // 例4
- getUserId()
- .then(getUserJobById)
- .then(function (job) {
- // 對job的處理
- });
- function getUserJobById(id) {
- return new Promise(function (resolve) {
- http.get(baseUrl + id, function(job) {
- resolve(job);
- });
- });
- }
這種場景相信用過promise的人都知道會有很多，那么類似這種就是所謂的鏈式Promise。
鏈式Promise是指在當前promise達到fulfilled狀態后，即開始進行下一個promise(后鄰promise)。那么我們如何銜接當前promise和后鄰promise呢?(這是這里的難點)。
其實也不是辣么難，只要在then方法里面return一個promise就好啦。Promises/A+規范中的2.2.7就是這么說噠(微笑臉)~
下面來看看這段暗藏玄機的then方法和resolve方法改造代碼：
- 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中沒有傳遞任何東西
- 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);
- }
我們結合例4的代碼，分析下上面的代碼邏輯，為了方便閱讀，我把例4的代碼貼在這里：
- // 例4
- getUserId()
- .then(getUserJobById)
- .then(function (job) {
- // 對job的處理
- });
- function getUserJobById(id) {
- return new Promise(function (resolve) {
- http.get(baseUrl + id, function(job) {
- resolve(job);
- });
- });
- }
- then方法中，創建并返回了新的Promise實例，這是串行Promise的基礎，并且支持鏈式調用。
- handle方法是promise內部的方法。then方法傳入的形參onFulfilled以及創建新Promise實例時傳入的resolve均被push到當前promise的callbacks隊列中，這是銜接當前promise和后鄰promise的關鍵所在(這里一定要好好的分析下handle的作用)。
- getUserId生成的promise(簡稱getUserId promise)異步操作成功，執行其內部方法resolve，傳入的參數正是異步操作的結果id
- 調用handle方法處理callbacks隊列中的回調：getUserJobById方法，生成新的promise(getUserJobById promise)
- 執行之前由getUserId promise的then方法生成的新promise(稱為bridge promise)的resolve方法，傳入參數為getUserJobById promise。這種情況下，會將該resolve方法傳入getUserJobById promise的then方法中，并直接返回。
- 在getUserJobById promise異步操作成功時，執行其callbacks中的回調：getUserId bridge promise中的resolve方法
- ***執行getUserId bridge promise的后鄰promise的callbacks中的回調。
更直白的可以看下面的圖，一圖勝千言(都是根據自己的理解畫出來的，如有不對歡迎指正)：
失敗處理
在異步操作失敗時，標記其狀態為rejected，并執行注冊的失敗回調:
- //例5
- function getUserId() {
- return new Promise(function(resolve) {
- //異步請求
- http.get(url, function(error, results) {
- if (error) {
- reject(error);
- }
- resolve(results.id)
- })
- })
- }
- getUserId().then(function(id) {
- //一些處理
- }, function(error) {
- console.log(error)
- })
有了之前處理fulfilled狀態的經驗，支持錯誤處理變得很容易,只需要在注冊回調、處理狀態變更上都要加入新的邏輯：
- 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);
- }
上述代碼增加了新的reject方法，供異步操作失敗時調用，同時抽出了resolve和reject共用的部分，形成execute方法。
錯誤冒泡是上述代碼已經支持，且非常實用的一個特性。在handle中發現沒有指定異步操作失敗的回調時，會直接將bridge promise(then函數返回的promise，后同)設為rejected狀態，如此達成執行后續失敗回調的效果。這有利于簡化串行Promise的失敗處理成本，因為一組異步操作往往會對應一個實際功能，失敗處理方法通常是一致的：
- //例6
- getUserId()
- .then(getUserJobById)
- .then(function (job) {
- // 處理job
- }, function (error) {
- // getUserId或者getUerJobById時出現的錯誤
- console.log(error);
- });
異常處理
細心的同學會想到：如果在執行成功回調、失敗回調時代碼出錯怎么辦?對于這類異常，可以使用try-catch捕獲錯誤，并將bridge promise設為rejected狀態。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);
- }
- }
如果在異步操作中，多次執行resolve或者reject會重復處理后續回調，可以通過內置一個標志位解決。
總結
剛開始看promise源碼的時候總不能很好的理解then和resolve函數的運行機理，但是如果你靜下心來，反過來根據執行promise時的邏輯來推演，就不難理解了。這里一定要注意的點是：promise里面的then函數僅僅是注冊了后續需要執行的代碼，真正的執行是在resolve方法里面執行的，理清了這層，再來分析源碼會省力的多。
現在回顧下Promise的實現過程，其主要使用了設計模式中的觀察者模式：
- 通過Promise.prototype.then和Promise.prototype.catch方法將觀察者方法注冊到被觀察者Promise對象中，同時返回一個新的Promise對象，以便可以鏈式調用。
- 被觀察者管理內部pending、fulfilled和rejected的狀態轉變，同時通過構造函數中傳遞的resolve和reject方法以主動觸發狀態轉變和通知觀察者。
參考文獻
- 深入理解 Promise
- JavaScript Promises … In Wicked Detail
