JavaScript Promise

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JavaScript Promise

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promise 对象代表异步执行结果,通常用于网络请求,通过构造函数 new Promise 创建,而且在执行时立即返回 promise 对象,⚠️ 但该返回值并不是最终的执行结果,而是一个能代表未来出现的结果的对象,即 promise 对象是一个代理对象(代理一个创建时仍未知的值,需要等待异步行为执行完成后才可以确定),这可让主线程中的异步行为像同步行为那样立即拥有返回值,避免长时间等待而引起卡顿

promise 原理

  1. 通过构造函数创建 promise 对象,构造函数的参数是处理器函数 executor function ,它会在构造函数执行时被立即调用,异步操作(如包含 setTimeout() 的代码)就是在其中进行。
    js
    let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
      // 当 promise 被构造完成时,自动执行此函数
      // executor
    });
    Tip

    promise 对象有不同状态,一开始创建的 promise 对象状态是 pending(表示初始状态),然后在 executor 中会基于异步行为的结果执行 resolvereject 之一,这样就会改变 promise 对象的状态为 settled(表示状态确定,更准确的是 resolvedrejected 状态之一)

    • pending 表示初始状态,既异步行为不是成功,也不是失败的状态
    • settled 表示确定状态,意味着已经成功或失败
    • fulfilledresolved 意味着操作成功完成
    • rejected 意味着操作失败
    Tip

    promise 对象有两个内部的的属性状态 state(默认为 pending)和结果 result(默认为 undefined),它们无法直接访问但可以在 executor function 中调用 resolvereject 更改其状态和设置结果。

  2. 基于异步行为形成的特定条件,执行回调函数 resolvereject 之一,确定 promise 对象的状态,还可能修改对象的结果属性 result(结果的值就是回调函数 resolve(value)reject(error) 的参数 valueerror
    executor 参数 resolvereject 是由 JavaScript 自身提供的默认参数(它们是函数,接受的实参设置为 promise 对象的结果属性),应该遵循规则基于异步代码执行的结果调用它们其一,以修改 promise 对象的状态和结果
    • 调用 resolve(value) 表示任务成功完成,而且将 promise 对象的结果属性设置为 value
    • 调用 reject(error) 表示出现了 exector function 中出现 error,而且将 promise 对象的结果属性设置为为 error 对象(其实可以是任何类型的值作为参数,但是为了可以获取错误信息,推荐使用 error 对象或继承自 error 的对象)

    settled promise
    settled promise
    Warning

    executor 只能调用一个 resolve 或一个 reject,任何状态的更改都是最终的,此后所有其他的再对 resolvereject 的调用都会被忽略,并且,resolve/reject 只需要一个参数(或不包含任何参数),并且将忽略额外的参数。

    js
    let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
      resolve("done");
      reject(new Error("…")); // 被忽略
      setTimeout(() => resolve("…")); // 被忽略
    });
  3. promise 对象的原型有方法 .then(handler).catch(handler).finally(handler),它们之一会在 promise 对象状态确定后被调用,以执行相应的行为。
    这些方法和回调结构中的回调函数作用类似,但存在区别,在回调结构中回调函数需要在声明主体函数时就给出;Promise 则更加灵活,这些方法并不一定需要在创建对象时就设定,可以随时为对象设置方法以添加处理程序(handler),如果结果已经在(即 promise 对象状态已经 settled)这些后来添加的处理程序便会立即执行,而且可以添加多次。
    js
    // 在同一个 promise 对象上多次添加方法 then,创建出多个独立的处理程序
    let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(() => resolve(1), 1000);
    });
    promise.then(function(result) {
      alert(result); // 1
      return result * 2;
    });
    promise.then(function(result) {
      alert(result); // 1
      return result * 2;
    });
    promise.then(function(result) {
      alert(result); // 1
      return result * 2;
    });

    multiple then
    multiple then
    Tip

    实际上完整方法 then(resolveFunc, rejectFunc) 可以接受两个参数(而且每次只能调用其一),当 promise 对象中的异步代码执行成功(即 promise 状态为fulfilledresolved 时),方法 then() 会执行回调函数 resolvFunc,异步代码执行失败就会执行回调函数 rejectFunc。而方法 catch() 实际上是 then(null, rejectFunc) 的缩写,即它只适用于异常情况下才执行 handler 处理程序,推荐使用 catch 捕捉异步代码执行失败的情况因为它便于阅读。

    js
    let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(() => resolve("done!"), 1000);
    });
    // resolve 运行 .then 中的第一个函数
    promise.then(
      result => alert(result), // 1 秒后显示 "done!"
      error => alert(error) // 不运行
    );
    /*---------- 分割线 ----------*/
    let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(() => reject(new Error("Whoops!")), 1000);
    });
    // reject 运行 .then 中的第二个函数
    promise.then(
      result => alert(result), // 不运行
      error => alert(error) // 1 秒后显示 "Error: Whoops!"
    );

    promise 对象的方法 finally,类似于 try {...} catch {...} 中的 finally 子句一样,方法 .finally(f) 中的处理程度 fpromise 对象被 settled 时运行(即 promise 对象被 resolvereject)该方法是设置清理 cleanup 的很好地方,它的处理程序无论异步操作结果如何都会被执行
    js
    new Promise((resolve, reject) => {
      /* 做一些需要时间的事儿,然后调用 resolve/reject */
    })
      // 在 promise 被 settled 时运行,无论成功与否
      .finally(() => stop loading indicator)
      .then(result => show result, err => show error)

    方法 .finally(f) 与方法 then(f,f) 类似,但是有主要的区别
    • 方法 finally 的处理程序 handler 没有参数,因为在 finally 中不需要知道 promise 是否成功,任务都会被执行,被称作定稿程序 finalizing procedures
    • 方法 finally 的处理程序将结果和 error 传递给下一个处理程序(一般在链式调用),这非常方便,因为 finally 并不是为了处理 promise 的结果,所以它将结果传递了下去。
    js
    new Promise((resolve, reject) => {
      setTimeout(() => resolve("result"), 2000)
    })
      .finally(() => alert("Promise ready"))
      .then(result => alert(result));   // <-- .then 对结果进行处理,结果 result 是从方法 finally 中获取的
    /*---------- 分割线 ----------*/
    new Promise((resolve, reject) => {
      throw new Error("error");
    })
      .finally(() => alert("Promise ready"))
      .catch(err => alert(err));   // <-- .catch 对 error 对象进行处理,错误对象 error 是从方法 finally 中获取的
    Tip

    有一个浏览器技巧,在方法 finally 处理程序中返回零延时 zero-timeout 的 promise 对象(如构建函数的 executor 中含有 setTimeout(callback, 0)),这是因为一些浏览器,如 Chrome,需要「一点时间」外的 promise 处理程序来绘制文档的更改,因此它确保在进入链下一步之前,指示(如 modal 弹出框出现或消失时页面背景色的变化)在视觉上是停止的。

Tip

promise 是一个对象代表了一个 异步操作 的结果(完成或失败),通过它可以将异步操作的(成功和失败)结果与相应的处理 handler(方法 .then.catch.finally,相当于回调结构中的回调函数)绑定,这种分离结构可以避免嵌套回调而形成「回调地狱」结构(这些方法返回的是 promise 对象,因此可以构建链式调用)。

promise 相较于基于回调的模式的一些好处

PromisesCallbacks
Promises 允许我们按照自然顺序进行编码,可以先运行 executor 然后再添加方法 .then 来处理结果在声明主体函数时,必须有一个 callback 函数,即在调用之前必须知道如何处理结果
可以根据需要在 promise 上多次调用 .then。每次调用都是形成一个独立的处理程序(也可以通过链式调用来对统一结果进行处理)只能有一个回调
Warning

Promiseevent 类似,也是异步操作的一种,但事件 event 可以多次触发,而 promise 对象状态只能确定一次(但是可以基于 promise 对象状态可以设置多次 .then 方法)。

Warning

Promise 并不是安全执行费时操作的通行证,它只是在异步任务状态确定时决定下一步操作的一种方式。如果 Promise 在主线程中执行,且在 Promise 中的操作需时过长也可能会造成阻塞并引起页面卡顿。

错误处理

Promise 链在错误处理中十分强大,当一个 promise 对象(由于 executor 抛出异常)状态变成 rejected 时,控制权将移交至最近的 rejection 处理程序 handler(一般是方法 .catch(handler),这在实际开发中非常方便。

实际上在 promise 构造函数中的执行者 executor 和 promise 对象方法的处理程序 handler 周围有一个「隐式的」 try...catch 结构,如果代码发生异常就会被捕获,并视为 rejection 进行处理。

js
new Promise((resolve, reject) => {
  throw new Error("Whoops!");
}).catch(alert); // Error: Whoops!
// 相当于以下情况
new Promise((resolve, reject) => {
  reject(new Error("Whoops!"));
}).catch(alert); // Error: Whoops!
Tip

除了异步任务失败之外,如果是在方法 .then() 中引发的错误(如 throw 「手动」抛出错误),也会隐式自动调用其后最近的方法 catch()

js
new Promise((resolve, reject) => {
  resolve("ok");
}).then((result) => {
  throw new Error("Whoops!"); // reject 这个 promise
}).catch(alert); // Error: Whoops!
Tip

一般都在 promise 链尾端使用一个 .catch 处理其上的所有可能抛出的 error,以避免程序因异常卡住而导致脚本死掉。如果对于 promise 链可能会产生未处理的 rejection,可以使用 unhandledrejection 事件来捕获这类 error,这个事件是 HTML 标准 的一部分。

如果出现了一个 error,并且在其后没有 .catch 对它进行处理,那么 unhandledrejection 处理程序 handler 会被触发,并获取具有 error 相关信息的 event 对象,所以我们就能做一些后续处理了。通常此类 error 是无法恢复的,所以我们最好的解决方案是将问题告知用户,并且可以将事件报告给服务器。在 Node.js 等非浏览器环境中,有其他用于跟踪未处理的 error 的方法。

js
window.addEventListener('unhandledrejection', function(event) {
  // 这个事件对象有两个特殊的属性:
  alert(event.promise); // [object Promise] - 生成该全局 error 的 promise
  alert(event.reason); // Error: Whoops! - 未处理的 error 对象
});
new Promise(function() {
  throw new Error("Whoops!");
}); // 没有用来处理 error 的 catch

链式调用

依次连续执行多个操作是一个常见的需求,即在上一个操作执行成功之后,才开始下一个操作(并一般带着上一步返回的结果)。使用 promise 对象的方法 then 可以实现这种功能,从而避免形成「回调地狱」结构。这是由于方法 .then 返回的是 thenable 对象,即一个具有方法 .then 的任意对象(可以作为 promise 来对待),因此可以在方法后再添加方法 .then ,不断添加方法 .then 可以构成一个长序列的链式调用。

Tip

确切地说处理程序 handler 返回的不完全是一个 promise,而是返回的被称为 thenable 对象(一个具有方法 .then 的任意对象),它会被当做一个 promise 来对待,这个想法是让第三方库可以实现自己的 promise 兼容(promise-compatible)对象,但依然可以与原生的 promise 兼容(因为它们实现了 .then 方法),即允许我们将自定义的对象与 promise 链集成在一起,而不必继承自 Promise类。

js
// 自定义 thenable 类
class Thenable {
  constructor(num) {
    this.num = num;
  }
  then(resolve, reject) {
    alert(resolve); // function() { native code }
    // 1 秒后使用 this.num*2 进行 resolve
    setTimeout(() => resolve(this.num * 2), 1000); // (**)
  }
}
new Promise(resolve => resolve(1))
  .then(result => {
    return new Thenable(result); // (*)
  })
  .then(alert); // 1000ms 后显示 2

链式调用的理念是利用方法 .then 会返回类似于 promise 对象,在下一步中再次调用该返回对象的方法 .then,并对对象的结果属性 result 在传递链上进行依次处理。

js
new Promise(function(resolve, reject) {
  setTimeout(() => resolve(1), 1000); // (*)
}).then(function(result) { // (**)
  alert(result); // 1
  return result * 2;
}).then(function(result) { // (***)
  alert(result); // 2
  return result * 2;
}).then(function(result) {
  alert(result); // 4
  return result * 2;
});

上述实例运行流程如下:

  1. 初始 promise 在 1 秒后进行 resolve
  2. 然后 .then 处理程序 handler 被调用
  3. 它返回的值是一个 promise 对象,其结果(上一步的 result)就可以被传入下一个 .then 处理程序 handler
  4. ……依此类推

随着 result 在处理程序(handler)链中传递,我们可以看到一系列的 alert 调用:124

promise chain
promise chain

Tip

如果方法 .then(handler) 的处理程序中包含异步代码,一般会使用 new Promise 构造函数创建一个 promise 对象将其包裹,并返回这个新建的 promise 对象,这样调用链的下一步的方法 .then 就会等待新建 promise 对象的状态确定后再执行,即可实现异步链式调用。

链式调用不同情况的示意图

asynchronous promise chain
asynchronous promise chain

js
new Promise(function(resolve, reject) {
  setTimeout(() => resolve(1), 1000);
}).then(function(result) {
  alert(result); // 1
  return new Promise((resolve, reject) => { // (*)
    setTimeout(() => resolve(result * 2), 1000);
  });
}).then(function(result) { // (**)
  alert(result); // 2
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => resolve(result * 2), 1000);
  });
}).then(function(result) {
  alert(result); // 4
});

上述实例输出与前面的示例相同:124,但是现在在每次 alert 调用之间会有 1 秒钟的延迟。

Tip

返回 promise(且其中的 executor 包含异步代码)使我们能够构建异步行为链。

async 函数

Async/await 是以更舒适的方式使用 promise 的一种特殊语法,同时它也非常易于理解和使用。

当函数以关键字 async 开始就表示这个函数返回一个 promise 对象,而且会将函数的返回值作为 promise 对象的结果 result

js
async function f() {
  return 1;
}
f().then(alert); // 1,函数返回一个结果为 1 的 resolved promise

一般在 async 函数会使用关键字 await 获取确定暂停的对象的结果。

js
// 只在 async 函数内工作
let value = await promise;

关键字 await 的作用就是让 JavaScript 引擎「暂停」并等待直到 promise 对象 settle,然后以 promise 对象的结果继续执行。这个行为不会耗费任何 CPU 资源,因为引擎可以同时处理其他任务:执行其他脚本,处理事件等。

js
// async 函数
async function f() {
  let promise = new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => resolve("done!"), 1000)
  });
  let result = await promise;   // 等待,直到 promise resolve
  alert(result);   // "done!"
}
f();
Warning

关键字 await 只在 async 函数中使用,否则会得到一个语法错误

如果一个 promise 对象正常 resolve,await promise 返回的就是其结果;如果 promise 对象被 reject,它将 throw 这个 error,可以在外部添加 try...catch 结构来捕获上面提到的那个 error;或者在 async 函数后面添加方法 .catch 捕获异常;或者使用全局事件处理程序 unhandledrejection 来捕获。

js
// 使用 try...catch 结构捕获异常
async function f() {
  try {
    let response = await fetch('http://no-such-url');
  } catch(err) {
    alert(err); // TypeError: failed to fetch
  }
}
f();
/*---------- 分割线 ----------*/
// 手捧玫瑰方法 .catch 捕获异常
async function f() {
  let response = await fetch('http://no-such-url');
}
// f() 变成了一个 rejected 的 promise
f().catch(alert); // TypeError: failed to fetch // (*)

实际上 await 是接受一个 thenable 对象(那些具有可调用的 then 方法的对象),就像方法 .then 返回一个 thenable 对象一样,这样规定是为了兼容非 promise 的第三方对象。

如果 await 接收了一个非 promise但是提供了 .then 方法的对象时,它就会调用这个 .then 方法并将内建的函数 resolvereject 作为参数传入(就像 Promise 对象的 executor 执行步骤一样),然后 await 等待,直到这两个函数之一被调用,就可以获取相应的结果继续执行后续任务。

js
// thenable 对象
class Thenable {
  constructor(num) {
    this.num = num;
  }
  // 具有方法 then
  then(resolve, reject) {
    alert(resolve);
    setTimeout(() => resolve(this.num * 2), 1000);
  }
};
async function f() {
  // 等待 1 秒,之后 result 变为 2
  let result = await new Thenable(1);   // 接受 thenable 对象,类似于 promise 对象
  alert(result);
}
f();
Tip

相比于 promise.then,函数 async 结合关键字 await 是获取 promise 的结果的一个更优雅的语法,当我们使用 async/await 时几乎就不会用到 .then 了,因为 await 为我们处理了等待,而且一般结合 try..catch 结构(而不是 .catch )捕抓异常。⚠️ 但是当我们在代码的顶层(即在 async 函数之外),就不能使用 await 了,通常的做法是在 async 函数后添加 .then/catch 来处理最终的结果 result 或抛出的 error

js
// then 链式调用
function loadJson(url) {
  return fetch(url)
    .then(response => {
      if (response.status == 200) {
        return response.json();
      } else {
        throw new Error(response.status);
      }
    })
}
loadJson('no-such-user.json')
  .catch(alert);
/*---------- 分割线 ----------*/
// 使用 await 关键字
async function loadJson(url) {
  let response = await fetch(url);
  if (response.status == 200) {
    let json = await response.json();
    return json;
  }
  throw new Error(response.status);
}
loadJson('no-such-user.json').catch(alert);

promise API

Promise 类有 5 种静态方法,用于「批量」处理 promise 对象

  • Promise.all(promises) 等待所有 promise 对象状态都为 resolved 时返回以存放它们结果的数组为结果的 promise 对象。如果给定的任意一个 promise 对象为 rejected,那么它就会变成 Promise.allerror,所有其他 promise 对象的状态结果都会被忽略。
  • Promise.allSettled(promises)(ES2020 新增方法)等待所有 promise 对象都 settled 时,并以包含以下内容的对象数组的形式返回它们的结果
    • state: "fulfilled""rejected"
    • value(如果 fulfilled)或 reason(如果 rejected)
  • Promise.race(promises) 等待第一个 settledpromise 对象,并将其 result/error 作为结果
  • Promise.resolve(value) 使用给定 value 作为结果 result,创建一个 resolvedpromise 对象
  • Promise.reject(error) 使用给定 error 作为原因 reason,创建一个 rejectedpromise 对象
Tip

这五个方法中 Promise.all 可能是在实战中使用最多的

Promisification

Promisification 这个长单词表示一种特定的函数结构转换行为,表示将回调结构转换为 promise 结构,即指 promise 化。

因为使用 promise 更加方便,许多函数和库都是基于回调的,因此在实际开发中经常会需要进行这种转换,可以设计一个通用的转换函数 promisify(f) 协助我们进行转换。

这个函数接受一个需要被 promisify 的函数 f,并返回一个包装 wrapper 函数(以便我们按照原来的方式调用转换后的函数)。而该包装函数的功能就是最后返回一个 promise 对象,并将调用(参数)传递给原始的函数 f,并在自定义的回调中跟踪结果

js
function promisify(f) {
  return function (...args) { // 返回一个包装函数(wrapper-function)
    return new Promise((resolve, reject) => {
      function callback(err, result) { // 我们对 f 的自定义的回调
        if (err) {
          reject(err);
        } else {
          resolve(result);
        }
      }
      args.push(callback); // 将我们的自定义的回调附加到 f 参数(arguments)的末尾
      f.call(this, ...args); // 调用原始的函数
    });
  };
};
// 用法:
let loadScriptPromise = promisify(loadScript);
loadScriptPromise(...).then(...);   // 原来的回调函数变成方法 then 的处理程序
Tip

上述的代码假设原始的函数期望一个带有两个参数 (err, result) 的回调。这就是我们最常遇到的形式。那么我们的自定义回调的格式完全正确,并且 promisify 在这种情况下非常有用。

如果原始的 f 期望一个带有更多参数的回调函数,如 callback(err, res1, res2, ...) 则可以使用「更高级」的版本

js
// promisify(f, true) 来获取结果数组
function promisify(f, manyArgs = false) {
  return function (...args) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      function callback(err, ...results) { // 我们自定义的 f 的回调,以剩余参数来接受不定数量的输入
        if (err) {
          reject(err);
        } else {
          // 如果 manyArgs 被指定,则使用所有回调的结果 resolve
          resolve(manyArgs ? results : results[0]);
        }
      }
      args.push(callback);
      f.call(this, ...args);
    });
  };
};
// 用法
// 调用 promisify(f, true) 表示 promise 的结果将是用户输入多个参数组成的数组 [res1, res2, ...]
f = promisify(f, true);
f(...).then(arrayOfResults => ..., err => ...)   // 使用用户所有输入进行进一步的处理
Tip

对于一些更奇特的回调格式,如根本没有 err 的格式 callback(result) 可以手动 promisify 这样的函数。也有一些具有更灵活一点的 promisification 函数的模块,例如 es6-promisify。在 Node.js 中,有一个内建的 promisify 函数 util.promisify

微任务

Promise 的处理程序(handlers).then.catch.finally 都是异步的,即一个 promise 对象立即被 resolve,但它的方法 .then.catch.finally 也会等待其下面(链式调用以外) 的代码执行完成后再执行这些处理程序 handler。

js
let promise = Promise.resolve();
promise.then(() => alert("promise done!"));
alert("code finished"); // 这个 alert 先显示

这是由于 ECMA 标准规定了一个内部队列 PromiseJobs,通常被称为微任务队列 microtask queue(ES8 术语)来管理异步任务。当一个 promise 对象准备就绪时,它的方法 .then/catch/finally 中的处理程序 handler 就会被放入队列中,但是它们不会立即被执行。根据规范中所述:

  • 只有在 JavaScript 引擎中没有其它任务在运行时,才开始执行任务队列中的任务。
  • 队列 queue 是先进先出的,即在 promise 链中首先进入队列的处理程序任务会首先运行。

microtask queue
microtask queue

如果执行顺序对我们很重要,可以将代码添加到链式调用的 .then 中,确保程序依次执行

js
Promise.resolve()
  .then(() => alert("promise done!"))
  .then(() => alert("code finished"));
Tip

对于 promise 链未处理的 rjection 可以使用 unhandledrejection 事件来捕获,但它是在微任务队列中的任务都完成时才会生成的。


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