ES6 模块化与异步编程

# 1. ES6 模块化

# 1.1 前端的模块化规范

在 ES6 模块化规范诞生之前，JavaScript 社区已经尝试并提出了 AMD、CMD、CommonJS 等模块化规范。但是，这些由社区提出的模块化标准，还是存在一定的差异性与局限性，并不是浏览器与服务器通用的模块化标准，例如：

• AMD 和 CMD 适用于浏览器端的 Javascript 模块化 【已废弃】
• CommonJS 适用于服务器端的 Javascript 模块化

node.js 遵循了 CommonJS 的模块化规范。其中：

• 导入其它模块使用 require() 方法
• 模块对外共享成员使用 module.exports 对象

太多的模块化规范给开发者增加了学习的难度与开发的成本。因此，大一统的 ES6 模块化规范诞生了！

# 1.2 ES6 的模块化规范

ES6 模块化规范是浏览器端与服务器端通用的模块化开发规范。ES6 模块化规范中定义：

• 每个 js 文件都是一个独立的模块
• 导入其它模块成员使用 import 关键字
• 向外共享模块成员使用 export 关键字

如何在 node.js 中体验 ES6 模块化？node.js 中默认仅支持 CommonJS 模块化规范，若想基于 node.js 体验与学习 ES6 的模块化语法，可以按照如下两个步骤进行配置：

1. 确保安装了 v14.15.1 或更高版本的 node.js
2. 在 package.json 的根节点中添加 "type": "module" 节点

# 1.3 ES6 模块化的基本语法

ES6 的模块化主要包含如下 3 种用法：

1. 默认导出与默认导入
2. 按需导出与按需导入
3. 直接导入并执行模块中的代码

# 1.3.1 默认导出与默认导入

默认导出语法：export default 默认导出的成员

let n1 = 10
let n2 = 20
function show() {}

export default {
  n1,
  show
}

• 每个模块中，只允许使用唯一的一次 export default，否则会报错！

默认导入语法： import 接收名称 from '模块标识符'

// 从 '默认导出.js' 模块中导入 export default 向外共享的成员
// 并使用 m1 进行接收
import m1 from './默认导出.js'

// 打印结果： `{ n1: 10, show: [Function: show]}`
console.log(m1)

• 默认导入时的接收名称可以任意名称，只要是合法的成员名称即可

# 1.3.2 按需导出与按需导入

按需导出语法： export 按需导出的成员

export let s1 = 'aaa'
export let s2 = 'ccc'
export function say() {}

按需导入语法： import { s1 } from '模块标识符’

import { s1, s2, say } from './按需导出.js'

console.log(s1)

# 1.3.3 直接导入并执行模块中的代码

如果只想单纯地执行某个模块中的代码，并不需要得到模块中向外共享的成员。此时，可以直接导入并执行模块代码，示例代码如下：

// 直接导入并执行该模块的代码，并不需要得到模块向外共享的成员
import './something.js'

# 2. Promise

多层回调函数的相互嵌套，就形成了回调地狱：

• 代码耦合性太强，难以维护
• 大量冗余的代码相互嵌套，代码的可读性变差

为了解决回调地狱的问题，ES6（ECMAScript 2015）中新增了 Promise 的概念。

# 2.1 Promise 基本概念

Promise 是一个构造函数

• 我们可以创建 Promise 的实例：const p = new Promise()
• new 出来的 Promise 实例对象，代表一个异步操作

Promise.prototype 上包含一个 .then() 方法

• 每一次 new Promise() 构造函数得到的实例对象，都可以通过原型链的方式访问到 .then() 方法，例如 p.then()

.then() 方法用来预先指定成功和失败的回调函数

• p.then(成功的回调函数，失败的回调函数)
• p.then(result => { }, error => { })
• 调用 .then() 方法时，成功的回调函数是必选的、失败的回调函数是可选的

# 2.2 读取文件示例

# 2.2.1 then-fs 的基本使用

由于 node.js 官方提供的 fs 模块仅支持以回调函数的方式读取文件，不支持 Promise 的调用方式。因此，需要先运行如下的命令，安装 then-fs 这个第三方包，从而支持我们基于 Promise 的方式读取文件的内容：

npm install then-fs

调用 then-fs 提供的 readFile() 方法，可以异步地读取文件的内容，它的返回值是 Promise 的实例对象。因此可以调用 .then() 方法为每个 Promise 异步操作指定成功和失败之后的回调函数。示例代码如下：

import thenFs from 'then-fs'  // 从第三方库中导入 thenFs

thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8').then((r1) => {console.log(r1)})
thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8').then((r2) => {console.log(r2)})
thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8').then((r3) => {console.log(r3)})

注意，上述的代码无法保证文件的读取顺序，需要做进一步的改进！

# 2.2.2 基于 Promise 按顺序读取文件的内容

.then 方法的特性：如果上一个 .then() 方法中返回了一个新的 Promise 实例对象，则可以通过下一个 .then() 继续进行处理。通过 .then() 方法的链式调用，就解决了回调地狱的问题。

Promise 支持链式调用，从而来解决回调地狱的问题。示例代码如下：

import thenFs from 'then-fs'

thenFs
  .readFile('./files/11.txt', 'utf8')
  .then((r1) => {
    console.log(r1)
    return thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
  })
  .then((r2) => {
    console.log(r2)
    return thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
  })
  .then((r3) => {
    console.log(r3)
  })

# 2.2.3 通过 .catch 捕获错误

在 Promise 的链式操作中如果发生了错误，可以使用 Promise.prototype.catch 方法进行捕获和处理：

import thenFs from 'then-fs'

thenFs
  .readFile('./files/1.txt', 'utf8')
  .catch((err) => {
    console.log(err.message)
  })
  .then((r1) => {
    console.log(r1)
    return thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
  })
  .then((r2) => {
    console.log(r2)
    return thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
  })
  .then((r3) => {
    console.log(r3)
  })

• 当读取 1.txt 发生失败后，错误会被 .catch 捕获并处理，之后再调用后面的 then 方法

# 2.3 Promise.all() 方法

Promise.all() 方法会发起并行的 Promise 异步操作，等所有的异步操作全部结束后才会执行下一步的 .then 操作（等待机制）。

import thenFs from 'then-fs'

const promiseArr = [
  thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8'),
  thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8'),
  thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8'),
]

Promise.all(promiseArr).then(result => {
    console.log(result)
})

• 注意：数组中 Promise 实例的顺序，就是最终结果的顺序！

# 2.4 Promise.race() 方法

Promise.race() 方法会发起并行的 Promise 异步操作，只要任何一个异步操作完成，就立即执行下一步的 .then 操作（赛跑机制）。示例代码如下：

import thenFs from 'then-fs'

const promiseArr = [
  thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8'),
  thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8'),
  thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8'),
]

Promise.race(promiseArr).then(result => {
  console.log(result)
})

# 2.5 基于 Promise 封装读文件的方法

方法的封装要求：

1. 方法的名称要定义为 getFile
2. 方法接收一个形参 fpath，表示要读取的文件的路径
3. 方法的返回值为 Promise 实例对象

其基本定义如下：

function getFile(fpath) {
    return new Promise();  // 方法的返回值为 Promise 的实例对象
}

• new Promise() 只是创建了一个形式上的异步操作。

# 2.5.1 创建具体的异步操作

如果想要创建具体的异步操作，则需要在 new Promise() 构造函数期间，传递一个 function 函数，将具体的异步操作定义到 function 函数内部。示例代码如下：

import fs from 'fs'

function getFile(fpath) {
  return new Promise(function () {
    fs.readFile(fpath, 'utf8', (err, dataStr) => { })
  })
}

# 2.5.2 获取 .then 的两个实参

通过 .then() 指定的成功和失败的回调函数，可以在 function 的形参中进行接收，示例代码如下：

Promise 异步操作的结果，可以调用 resolve 或 reject 回调函数进行处理。示例代码如下：

function getFile(fpath) {
  return new Promise(function (resolve, reject) {
    fs.readFile(fpath, 'utf8', (err, dataStr) => {
      if (err) return reject(err)
      resolve(dataStr)
    })
  })
}

至此，我们的封装完成了，现在我们测试一下：

getFile('./files/11.txt')
  .then((r1) => {
    console.log(r1)
  })
  .catch((err) => console.log(err.message))

# 3. async / await

async/await 是 ES8（ECMAScript 2017）引入的新语法，用来简化 Promise 异步操作。

.then 链式调用解决了回调地狱的问题，但也有代码冗余、阅读性差、 不易理解的缺点。

使用 async/await 简化 Promise 异步操作的示例代码如下：

import thenFs from 'then-fs'

async function getAllFile() {
  console.log('B')
  const r1 = await thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8')
  console.log(r1)
  const r2 = await thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
  console.log(r2)
  const r3 = await thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
  console.log(r3)
}

使用注意事项：

• 如果在 function 中使用了 await，则 function 必须被 async 修饰
• 在 async 方法中，第一个 await 之前的代码会同步执行，await 之后的代码会异步执行，参考该示例：

import thenFs from 'then-fs'

console.log('A')

async function getAllFile() {
  console.log('B')
  const r1 = await thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8')
  const r2 = await thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
  const r3 = await thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
  console.log(r1, r2, r3)
  console.log('D')
}

getAllFile()
console.log('C')

执行结果为：

A
B
C
111 222 333
D

原因是首先执行 console.log('A')，然后调用 getAllFile()，该函数在第一个 await 之前是同步执行，因此执行 console.log('B') ，而后后面的代码需要异步执行，因此主线程退出该函数的执行，先去执行 console.log('C')，当异步操作执行完毕后，便继续执行了剩下的两个打印操作。

# 4. EventLoop

# 4.1 同步任务与异步任务

JavaScript 是一门单线程执行的编程语言。也就是说，同一时间只能做一件事情。

单线程执行任务队列的问题： 如果前一个任务非常耗时，则后续的任务就不得不一直等待，从而导致程序假死的问题。

为了防止某个耗时任务导致程序假死的问题，JavaScript 把待执行的任务分为了两类：

1. 同步任务（synchronous）
   • 又叫做非耗时任务，指的是在主线程上排队执行的那些任务
   • 只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务
2. 异步任务（asynchronous）
   • 又叫做耗时任务，异步任务由 JavaScript 委托给宿主环境进行执行
   • 当异步任务执行完成后，会通知 JavaScript 主线程执行异步任务的回调函数

# 4.2 同步任务和异步任务的执行过程

1. 同步任务由 JavaScript 主线程次序执行
2. 异步任务委托给宿主环境执行
3. 已完成的异步任务对应的回调函数，会被加入到任务队列中等待执行
4. JavaScript 主线程的执行栈被清空后，会读取任务队列中的回调函数，次序执行
5. JavaScript 主线程不断重复上面的第 4 步

# 4.3 EventLoop 基本概念

JavaScript 主线程从“任务队列”中读取异步任务的回调函数，放到执行栈中依次执行。这 个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为 EventLoop（事件循环）。

结合 EventLoop 分析输出的顺序：

import thenFs from 'then-fs'

console.log('A')
thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8').then(dataStr => {
    console.log('B')
})
setTimeout(() => {
    console.log('C')
}, 0)
console.log('D')

正确结果：ADCB，原因：

• A 和 D 属于同步任务，会根据代码的先后顺序依次被执行
• C 和 B 属于异步任务。它们的回调函数会被加入到任务队列中，等待主线程空闲时再执行

# 5. 宏任务和微任务

JavaScript 把异步任务又做了进一步的划分，异步任务又分为两类：

1. 宏任务（macrotask）
   • 异步 Ajax 请求
   • setTimeout、setInterval
   • 文件操作
   • 其它宏任务
2. 微任务（microtask）
   • Promise.then、.catch 和 .finally
   • process.nextTick
   • 其它微任务

宏任务和微任务的执行顺序：每一个宏任务执行完之后，都会检查是否存在待执行的微任务，如果有，则执行完所有微任务之后，再继续执行下一个宏任务。

setTimeout(function () {
    console.log('1')
})

new Promise(function (resolve) {
    console.log('2')
    resolve()
}).then(function () {
    console.log('3')
})

console.log('4')