详解JavaScript异步与回调

一、前言
在学习本文内容之前，我们必须要先了解异步的概念，首先要强调的是异步和并行有着本质的区别。

• 并行，一般指并行计算，是说同一时刻有多条指令同时被执行，这些指令可能执行于同一CPU的多核上，或者多个CPU上,或者多个物理主机甚至多个网络中。

• 同步，一般指按照预定的顺序依次执行任务，只有当上一个任务完成后，才开始执行下一个任务。

• 异步，与同步相对应，异步指的是让CPU暂时搁置当前任务,先处理下一个任务,当收到上个任务的回调通知后，再返回上个任务继续执行，整个过程无需第二个线程参与。

也许用图片的方式解释并行、同步和异步更为直观，假设现在有A、B两个任务需要处理，使用并行、同步和异步的处理方式会分别采用如下图所示的执行方式：

二、异步函数
JavaScript为我们提供了许多异步的函数，这些函数允许我们方便的执行异步任务，也就是说，我们现在开始执行一个任务（函数），但任务会在稍后完成，具体完成时间并不清楚。

例如，setTimeout函数就是一个非常典型的异步函数，此外，fs.readFile、fs.writeFile同样也是异步函数。

我们可以自己定义一个异步任务的案例，例如自定义一个文件复制函数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')
        })
    })
}

函数copyFile首先从参数from读取文件数据，随后将数据写入参数to指向的文件。

我们可以像这样调用copyFile：

copyFile('./from.txt','./to.txt')//复制文件

如果这个时候，copyFile(…)后面还有其他代码，那么程序不会等待copyFile执行结束，而是直接向下执行，文件复制任务何时结束，程序并不关心。

copyFile('./from.txt','./to.txt')
//下面的代码不会等待上面的代码执行结束
...

执行到这里，好像一切还都是正常的，但是，如果我们在copyFile(…)函数后，直接访问文件./to.txt中的内容会发生什么呢？

这将不会读到复制过来的内容，就行这样：

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

如果在执行程序之前，./to.txt文件还没有创建，将得到如下错误：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
finished
Copy finished
PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
错误：ENOENT: no such file or directory, open 'E:\Code\Node\demos\03-callback\to.txt'
Copy finished

即使./to.txt存在，也无法读取其中复制的内容。

造成这种现象的原因是：copyFile(…)是异步执行的，程序执行到copyFile(…)函数后，并不会等待其复制完毕，而是直接向下执行，从而导致出现文件./to.txt不存在的错误，或者文件内容为空错误（如果提前创建文件）。

三、回调函数
异步函数的具体执行结束的时间是不能确定的，例如readFile(from,to)函数的执行结束时间大概率取决于文件from的大小。

那么，问题在于我们如何才能准确的定位copyFile执行结束，从而读取to文件中的内容呢？

这就需要使用回调函数，我们可以修改copyFile函数如下：

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()//当复制操作完成后调用回调函数
        })
    })
}

这样，我们如果需要在文件复制完成后，立即执行一些操作，就可以把这些操作写入回调函数中：

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()//当复制操作完成后调用回调函数
        })
    })
}

copyFile('./from.txt', './to.txt', function () {
    //传入一个回调函数，读取“to.txt”文件中的内容并输出
    fs.readFile('./to.txt', (err, data) => {
        if (err) {
            console.log(err.message)
            return
        }
        console.log(data.toString())
    })
})

如果，你已经准备好了./from.txt文件，那么以上代码就可以直接运行：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
Copy finished

这种编程方式被称为“基于回调”的异步编程风格，异步执行的函数应当提供一个回调参数用于在任务结束后调用。

这种风格在JavaScript编程中普遍存在，例如文件读取函数fs.readFile、fs.writeFile都是异步函数。

四、回调的回调
回调函数可以准确的在异步工作完成后处理后继事宜，如果我们需要依次执行多个异步操作，就需要嵌套回调函数。

案例场景：依次读取文件A和文件B

代码实现：

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

执行效果：

PS E:\Code\Node\demos\03-callback> node .\index.js
读取文件A：xxx

读取文件B：xxx
http://t.csdn.cn/H1faI

通过回调的方式，就可以在读取文件A之后，紧接着读取文件B。

如果我们还想在文件B之后，继续读取文件C呢？这就需要继续嵌套回调：

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

也就是说，如果我们想要依次执行多个异步操作，需要多层嵌套回调，这在层数较少时是行之有效的，但是当嵌套次数过多时，会出现一些问题。

回调的约定

实际上，fs.readFile中的回调函数的样式并非个例，而是JavaScript中的普遍约定。我们日后会自定义大量的回调函数，也需要遵守这种约定，形成良好的编码习惯。

约定是：

callback 的第一个参数是为 error 而保留的。一旦出现 error，callback(err) 就会被调用。
第二个以及后面的参数用于接收异步操作的成功结果。此时 callback(null, result1, result2,…) 就会被调用。
基于以上约定，一个回调函数拥有错误处理和结果接收两个功能，例如fs.readFile(‘…’,(err,data)=>{})的回调函数就遵循了这种约定。

五、回调地狱
如果我们不深究的话，基于回调的异步方法处理似乎是相当完美的处理方式。问题在于，如果我们有一个接一个 的异步行为，那么代码就会变成这样：

fs.readFile('./a.txt',(err,data)=>{
    if(err){
        console.log(err.message)
        return
    }
    //读取结果操作
    fs.readFile('./b.txt',(err,data)=>{
        if(err){
            console.log(err.message)
            return
        }
        //读取结果操作
        fs.readFile('./c.txt',(err,data)=>{
            if(err){
                console.log(err.message)
                return
            }
            //读取结果操作
            fs.readFile('./d.txt',(err,data)=>{
                if(err){
                    console.log(err.message)
                    return
                }
                ...
            })
        })
    })
})

以上代码的执行内容是：

读取文件a.txt，如果没有发生错误的话；
读取文件b.txt，如果没有发生错误的话；
读取文件c.txt，如果没有发生错误的话；
读取文件d.txt，…
随着调用的增加，代码嵌套层级越来越深，包含越来越多的条件语句，从而形成不断向右缩进的混乱代码，难以阅读和维护。

我们称这种不断向右增长（向右缩进）的现象为“回调地狱”或者“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)=>{
                                ...
                                /*
								  通往地狱的大门
								  ===>
                                */
                            })
                        })
                    })
                })
            })
        })
    })
})

虽然以上代码看起来相当规整，但是这只是用于举例的理想场面，通常业务逻辑中会有大量的条件语句、数据处理操作等代码，从而打乱当前美好的秩序，让代码变的难以维护。

幸运的是，JavaScript为我们提供了多种解决途径，Promise就是其中的最优解。

六、总结
本文主要介绍了异步和回调的基本概念，二者是JavaScript的核心内容，需要所有热爱JS的小伙伴深入了解。