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JavaScript 中如何实现并发控制?

来源:互联网时间:2021-04-07 08:16:38编辑:网友分享
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

JavaScript 中如何实现并发控制?

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

JavaScript 中如何实现并发控制?

1.2 阶段二

JavaScript 中如何实现并发控制?

1.3 阶段三

JavaScript 中如何实现并发控制?

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。

  1. https://github.com/rxaviers/async-pool 
  2.  
  3.  
  4.  
  5. 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

  1. const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i)); 
  2. 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:

  1. 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:

  1. const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i)); 
  2. await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout); 
  3. // Call iterator (i = 1000) 
  4. // Call iterator (i = 5000) 
  5. // Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete... 
  6. // 1000 finishes 
  7. // Call iterator (i = 3000) 
  8. // Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete... 
  9. // 3000 finishes 
  10. // Call iterator (i = 2000) 
  11. // Itaration is complete, wait until running ones complete... 
  12. // 5000 finishes 
  13. // 2000 finishes 
  14. // 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

  1. async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) { 
  2.   const ret = []; // 存储所有的异步任务 
  3.   const executing = []; // 存储正在执行的异步任务 
  4.   for (const item of array) { 
  5.     // 调用iteratorFn函数创建异步任务 
  6.     const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array)); 
  7.     ret.push(p); // 保存新的异步任务 
  8.  
  9.     // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时,进行并发控制 
  10.     if (poolLimit <= array.length) { 
  11.       // 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 
  12.       const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1)); 
  13.       executing.push(e); // 保存正在执行的异步任务 
  14.       if (executing.length >= poolLimit) { 
  15.         await Promise.race(executing); // 等待较快的任务执行完成 
  16.       } 
  17.     } 
  18.   } 
  19.   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

  1. function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) { 
  2.   let i = 0; 
  3.   const ret = []; // 存储所有的异步任务 
  4.   const executing = []; // 存储正在执行的异步任务 
  5.   const enqueue = function () { 
  6.     if (i === array.length) { 
  7.       return Promise.resolve(); 
  8.     } 
  9.     const item = array[i++]; // 获取新的任务项 
  10.     const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array)); 
  11.     ret.push(p); 
  12.  
  13.     let r = Promise.resolve(); 
  14.  
  15.     // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时,进行并发控制 
  16.     if (poolLimit <= array.length) { 
  17.       // 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 
  18.       const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1)); 
  19.       executing.push(e); 
  20.       if (executing.length >= poolLimit) { 
  21.         r = Promise.race(executing);  
  22.       } 
  23.     } 
  24.   
  25.     // 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 
  26.     return r.then(() => enqueue()); 
  27.   }; 
  28.   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。

  1. Promise.all = function (iterators) { 
  2.   return new Promise((resolve, reject) => { 
  3.     if (!iterators || iterators.length === 0) { 
  4.       resolve([]); 
  5.     } else { 
  6.       let count = 0; // 计数器,用于判断所有任务是否执行完成 
  7.       let result = []; // 结果数组 
  8.       for (let i = 0; i < iterators.length; i++) { 
  9.         // 考虑到iterators[i]可能是普通对象,则统一包装为Promise对象 
  10.         Promise.resolve(iterators[i]).then
  11.           (data) => { 
  12.             result[i] = data; // 按顺序保存对应的结果 
  13.             // 当所有任务都执行完成后,再统一返回结果 
  14.             if (++count === iterators.length) { 
  15.               resolve(result); 
  16.             } 
  17.           }, 
  18.           (err) => { 
  19.             reject(err); // 任何一个Promise对象执行失败,则调用reject()方法 
  20.             return
  21.           } 
  22.         ); 
  23.       } 
  24.     } 
  25.   }); 
  26. }; 

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。

  1. Promise.race = function (iterators) { 
  2.   return new Promise((resolve, reject) => { 
  3.     for (const iter of iterators) { 
  4.       Promise.resolve(iter) 
  5.         .then((res) => { 
  6.           resolve(res); 
  7.         }) 
  8.         .catch((e) => { 
  9.           reject(e); 
  10.         }); 
  11.     } 
  12.   }); 
  13. }; 

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

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