同步编程与异步编程的转换和对比
** 同步转换异步 **: 本文介绍了nodejs下的同步模型转换成异步模型(异步代码的设计)
开始转变思路
这里转变思路是指由同步模型代码转换成异步模型代码
要使用Node.js,就有必要了解异步编程的工作原理。异步代码设计并非简单的设计,需要一番学习。本文在同步代码示例旁边给出了异步代码示例,表明如何更改同步代码,才能变成异步代码。这些示例都围绕Node.js的文件系统(fs)模块,因为它是唯一含有同步I/O操作及异步I/O操作的模块。有了这两种示例,你可以开始转变思路了。
相关代码和独立代码
回调函数(callback function)是Node.js中异步事件驱动型编程的基本构建模块。它们是作为变量,传递给异步I/O操作的函数。一旦操作完成,回调函数就被调用。回调函数是Node.js中实现事件的机制。
下面显示的示例表明了如何将同步I/O操作转换成异步I/O操作,并显示了回调函数的使用。示例使用异步fs.readdirSync()调用,读取当前目录的文件名称,然后把文件名称记录到控制台,最后读取当前进程的进程编号(process id)。
1 | /*相关代码和独立代码*/ |
在同步示例中,处理器等待fs.readdirSync() I/O操作,所以这是需要更改的操作。Node.js中该函数的异步版本是fs.readdir()。它与fs.readdirSync()一样,但是回调函数作为第二个参数。
使用回调函数模式的规则如下:把同步函数换成对应的异步函数,然后把原先在同步调用后执行的代码放在回调函数里面。回调函数中的代码与同步示例中的代码执行一模一样的操作。它把文件名称记录到控制台。它在异步I/O操作返回之后执行。
就像文件名称的记录依赖fs.readdirSync() I/O操作的结果,所列文件数量的记录也依赖其结果。进程编号的存储独立于I/O操作的结果。因而,必须把它们移到异步代码中的不同位置。
规则就是将相关代码移到回调函数中,而独立代码的位置不用管。一旦I/O操作完成,相关代码就被执行,而独立代码在I/O操作被调用之后立即执行。
对顺序要求严格的任务
同步代码中的标准模式是线性顺序:几行代码都必须下一行接上一行来执行,因为每一行代码依赖上一行代码的结果。在下面示例中,代码首先变更了文件的访问模式(比如Unix chmod命令),对文件更名,然后检查更名后文件是不是符号链接。很显然,该代码无法乱序运行,不然文件在模式变更前就被更名了,或者符号链接检查在文件被更名前就执行了。这两种情况都会导致出错。因而,顺序必须予以保留。
1 | /*顺序严格的任务*/ |
在异步代码中,这些顺序变成了嵌套回调。该示例显示了fs.lstat()回调嵌套在fs.rename()回调里面,而fs.rename()回调嵌套在fs.chmod()回调里面。
并行处理
异步代码特别适合操作I/O操作的并行处理:代码的执行并不因I/O调用的返回而受阻。多个I/O操作可以并行开始。在下面示例中,某个目录中所有文件的大小都在循环中累加,以获得那些文件占用的总字节数。使用异步代码,循环的每次迭代都必须等到获取单个文件大小的I/O调用返回为止。
异步代码允许快速连续地在循环中开始所有I/O调用,不用等结果返回。只要其中一个I/O操作完成,回调函数就被调用,而该文件的大小就可以添加到总字节数中。
唯一必不可少的有一个恰当的停止标准,它决定着我们完成处理后,就计算所有文件的总字节数。
1 | /*并行处理*/ |
同步示例简单又直观。在异步版本中,第一个fs.readdir()被调用,以读取目录中的文件名称。在回调函数中,针对每个文件调用fs.stat(),返回该文件的统计信息。这部分不出所料。
值得关注的方面出现在计算总字节数的fs.stat()回调函数中。所用的停止标准是目录的文件数量。变量count以文件数量来初始化,倒计数回调函数执行的次数。一旦数量为0,所有I/O操作都被回调,所有文件的总字节数被计算出来。计算完毕后,字节数可以记录到控制台。
异步示例有另一个值得关注的特性:它使用闭包(closure)。闭包是函数里面的函数,内层函数访问外层函数中声明的变量,即便在外层函数已完成之后。fs.stat()回调函数是闭包,因为它早在fs.readdir()回调函数完成后,访问在该函数中声明的count和totalBytes这两个变量。闭包有关于它自己的上下文。在该上下文中,可以放置在函数中访问的变量。
要是没有闭包,count和totalBytes这两个变量都必须是全局变量。这是由于fs.stat()回调函数没有放置变量的任何上下文。calculateBiteSize()函数早已结束,只有全局上下文仍在那里。这时候闭包就能派得上用场。变量可以放在该上下文中,那样可以从函数里面访问它们。
代码复用
代码片段可以在JavaScript中复用,只要把代码片段包在函数里面。然后,可以从程序中的不同位置调用这些函数。如果函数中使用了I/O操作,那么改成异步代码时,就需要某种重构。
下面的异步示例显示了返回某个目录中文件数量的函数countFiles()。countFiles()使用I/O操作fs.readdirSync() 来确定文件数量。span>countFiles()本身被调用,使用两个不同的输入参数:
1 | /*代码复用*/ |
把fs.readdirSync()换成异步fs.readdir()迫使闭包函数countFiles()也变成异步,因为调用countFiles()的代码依赖该函数的结果。毕竟,只有fs.readdir()返回后,结果才会出现。这导致了countFiles()重构,以便还能接受回调函数。整个控制流程突然倒过来了:不是console.log()调用countiles(),countFiles()再调用fs.readdirSync(),在异步示例中,而是countFiles()调用fs.readdir(),然后countFiles()再调用console.log()。
结束语
本文着重介绍了异步编程的一些基本模式。将思路转变到异步编程绝非易事,需要一段时间来适应。虽然难度增加了,但是获得的回报是显著提高了并发性。