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title: 通用异步编程概念
slug: Learn/JavaScript/Asynchronous/Concepts
tags:
  - JavaScript
  - Promises
  - Threads
  - 学习
  - 异步
  - 阻塞
translation_of: Learn/JavaScript/Asynchronous/Concepts
original_slug: learn/JavaScript/异步/概念
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<div>{{LearnSidebar}}{{NextMenu("Learn/JavaScript/Asynchronous/Introducing", "Learn/JavaScript/Asynchronous")}}</div>

<p>在本文中，我们将介绍与异步编程相关的一些重要概念，以及它们在浏览器和JavaScript里的体现。在学习本系列的其他文章之前，你应该先理解这些概念。</p>

<table class="learn-box standard-table">
 <tbody>
  <tr>
   <th scope="row">预备条件:</th>
   <td>拥有基本的计算机知识，对JavaScript原理有一定了解。</td>
  </tr>
  <tr>
   <th scope="row">目标:</th>
   <td>理解异步编程的基本概念，以及异步编程在浏览器和JavaScript里面的表现。</td>
  </tr>
 </tbody>
</table>

<h2 id="异步">异步?</h2>

<p>通常来说，程序都是顺序执行，同一时刻只会发生一件事。如果一个函数依赖于另一个函数的结果，它只能等待那个函数结束才能继续执行，从用户的角度来说，整个程序才算运行完毕.</p>

<p>Mac 用户有时会经历过这种旋转的彩虹光标（常称为沙滩球），操作系统通过这个光标告诉用户：“现在运行的程序正在等待其他的某一件事情完成，才能继续运行，都这么长的时间了，你一定在担心到底发生了什么事情”。</p>

<p><img alt="multi-colored macos beachball busy spinner" src="https://mdn.mozillademos.org/files/16577/beachball.jpg" style="display: block; margin: 0 auto;"></p>

<p>这是令人沮丧的体验，没有充分利用计算机的计算能力 — 尤其是在计算机普遍都有多核CPU的时代，坐在那里等待毫无意义，你完全可以在另一个处理器内核上干其他的工作，同时计算机完成耗时任务的时候通知你。这样你可以同时完成其他工作，这就是<strong>异步编程</strong>的出发点。你正在使用的编程环境（就web开发而言，编程环境就是web浏览器）负责为你提供异步运行此类任务的API。</p>

<h2 id="产生阻塞的代码">产生阻塞的代码</h2>

<p>异步技术非常有用，特别是在web编程。当浏览器里面的一个web应用进行密集运算还没有把控制权返回给浏览器的时候，整个浏览器就像冻僵了一样，这叫做<strong>阻塞；</strong>这时候浏览器无法继续处理用户的输入并执行其他任务，直到web应用交回处理器的控制。</p>

<p>我们来看一些<strong>阻塞</strong>的例子。</p>

<p>例子： <a href="https://github.com/mdn/learning-area/tree/master/javascript/asynchronous/introducing">simple-sync.html</a>  (<a href="https://mdn.github.io/learning-area/javascript/asynchronous/introducing/simple-sync.html">see it running live</a>), 在按钮上添加了一个事件监听器，当按钮被点击，它就开始运行一个非常耗时的任务（计算1千万个日期，并在console里显示最后一个日期），然后在DOM里面添加一个段落:</p>

<pre class="brush: js">const btn = document.querySelector('button');
btn.addEventListener('click', () =&gt; {
  let myDate;
  for(let i = 0; i &lt; 10000000; i++) {
    let date = new Date();
    myDate = date
  }

  console.log(myDate);

  let pElem = document.createElement('p');
  pElem.textContent = 'This is a newly-added paragraph.';
  document.body.appendChild(pElem);
});</pre>

<p>运行这个例子的时候，打开JavaScript console，然后点击按钮 — 你会注意到，直到日期的运算结束，最后一个日期在console上显示出来，段落才会出现在网页上。代码按照源代码的顺序执行，只有前面的代码结束运行，后面的代码才会执行。</p>

<div class="blockIndicator note">
<p><strong>Note</strong>: 这个例子不现实：在实际情况中一般不会发生，没有谁会计算1千万次日期，它仅仅提供一个非常直观的体验.</p>
</div>

<p>第二个例子, <a href="https://github.com/mdn/learning-area/blob/master/javascript/asynchronous/introducing/simple-sync-ui-blocking.html">simple-sync-ui-blocking.html</a> (<a href="https://mdn.github.io/learning-area/javascript/asynchronous/introducing/simple-sync-ui-blocking.html">see it live</a>), 我们模拟一个在现实的网页可能遇到的情况：因为渲染UI而阻塞用户的互动，这个例子有2个按钮:</p>

<ul>
 <li>"Fill canvas" : 点击的时候用1百万个蓝色的圆填满整个{{htmlelement("canvas")}} .</li>
 <li>"Click me for alert" ：点击显示alert 消息.</li>
</ul>

<pre class="brush: js">function expensiveOperation() {
  for(let i = 0; i &lt; 1000000; i++) {
    ctx.fillStyle = 'rgba(0,0,255, 0.2)';
    ctx.beginPath();
    ctx.arc(random(0, canvas.width), random(0, canvas.height), 10, degToRad(0), degToRad(360), false);
    ctx.fill()
  }
}

fillBtn.addEventListener('click', expensiveOperation);

alertBtn.addEventListener('click', () =&gt;
  alert('You clicked me!')
);</pre>

<p>如果你点击第一个按钮，然后快速点击第二个，会注意到alert消息并没有出现，只有等到圆圈都画完以后，才会出现：因为第一个操作没有完成之前阻塞了第二个操作的运行.</p>

<div class="blockIndicator note">
<p><strong>Note</strong>: 当然，这个例子也很丑陋，因为我们只是在模拟阻塞效果。但在现实中，这是一个很常见的问题。开发人员们一直在努力缓解它。</p>
</div>

<p>为什么是这样? 答案是：JavaScript一般来说是单线程的（<strong>single threaded</strong>）<strong>。</strong>接着我们来介绍<strong>线程</strong>的概念。</p>

<h2 id="线程">线程</h2>

<p>一个<strong>线程</strong>是一个基本的处理过程，程序用它来完成任务。每个线程一次只能执行一个任务:</p>

<pre>Task A --&gt; Task B --&gt; Task C</pre>

<p>每个任务顺序执行，只有前面的结束了，后面的才能开始。</p>

<p>正如我们之前所说，现在的计算机大都有多个内核（core），因此可以同时执行多个任务。支持多线程的编程语言可以使用计算机的多个内核，同时完成多个任务:</p>

<pre>Thread 1: Task A --&gt; Task B
Thread 2: Task C --&gt; Task D</pre>

<h3 id="JavaScript_是单线程的">JavaScript 是单线程的</h3>

<p>JavaScript 传统上是单线程的。即使有多个内核，也只能在单一线程上运行多个任务，此线程称为主线程（<strong>main thread</strong>）。我们上面的例子运行如下:</p>

<pre>Main thread: Render circles to canvas --&gt; Display alert()</pre>

<p>经过一段时间，JavaScript获得了一些工具来帮助解决这种问题。通过 <a href="/en-US/docs/Web/API/Web_Workers_API">Web workers</a> 可以把一些任务交给一个名为worker的单独的线程，这样就可以同时运行多个JavaScript代码块。一般来说，用一个worker来运行一个耗时的任务，主线程就可以处理用户的交互（避免了阻塞）</p>

<pre>Main thread: Task A --&gt; Task C
Worker thread: Expensive task B</pre>

<p>记住这些，请查看<a href="https://github.com/mdn/learning-area/blob/master/javascript/asynchronous/introducing/simple-sync-worker.html">simple-sync-worker.html</a> (<a href="https://mdn.github.io/learning-area/javascript/asynchronous/introducing/simple-sync-worker.html">see it running live</a>) , 再次打开浏览器的JavaScript 控制台。这个例子重写了前例：在一个单独的worker线程中计算一千万次日期，你再点击按钮，现在浏览器可以在日期计算完成之前显示段落，阻塞消失了。</p>

<h2 id="异步代码">异步代码</h2>

<p>web workers相当有用，但是他们确实也有局限。主要的一个问题是他们不能访问 {{Glossary("DOM")}} — 不能让一个worker直接更新UI。我们不能在worker里面渲染1百万个蓝色圆圈，它基本上只能做算数的苦活。</p>

<p>其次，虽然在worker里面运行的代码不会产生阻塞，但是基本上还是同步的。当一个函数依赖于几个在它之前运行的过程的结果，这就会成为问题。考虑下面的情况:</p>

<pre>Main thread: Task A --&gt; Task B</pre>

<p>在这种情况下，比如说Task A 正在从服务器上获取一个图片之类的资源，Task B 准备在图片上加一个滤镜。如果开始运行Task A 后立即尝试运行Task B，你将会得到一个错误，因为图像还没有获取到。</p>

<pre>Main thread: Task A --&gt; Task B --&gt; |Task D|
Worker thread: Task C -----------&gt; |      |</pre>

<p>在这种情况下，假设Task D 要同时使用 Task B 和Task C的结果，如果我们能保证这两个结果同时提供，程序可能正常运行，但是这不太可能。如果Task D 尝试在其中一个结果尚未可用的情况下就运行，程序就会抛出一个错误。</p>

<p>为了解决这些问题，浏览器允许我们异步运行某些操作。像<a href="/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Promise">Promises</a> 这样的功能就允许让一些操作运行 (比如：从服务器上获取图片)，然后等待直到结果返回，再运行其他的操作:</p>

<pre>Main thread: Task A                   Task B
    Promise:      |__async operation__|</pre>

<p>由于操作发生在其他地方，因此在处理异步操作的时候，主线程不会被阻塞。</p>

<p><span class="tlid-translation translation" lang="zh-CN"><span title="">我们将在下一篇文章中开始研究如何编写异步代码。</span> <span title="">非常令人兴奋，对吧？</span> <span title="">继续阅读！</span></span></p>

<h2 id="总结">总结</h2>

<p>围绕异步编程领域，现代软件设计正在加速旋转，就为了让程序在一个时间内做更多的事情。当你使用更新更强大的API时，你会发现在更多的情况下，使用异步编程是唯一的途径。以前写异步代码很困难，现在也需要你来适应，但是已经变容易了很多。在余下的部分，我们将进一步探讨异步代码的重要性，以及如何设计代码来防止前面已经提到过的问题。</p>

<h2 id="模块大纲">模块大纲</h2>

<ul>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Concepts">通用异步编程概念</a></li>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Introducing">介绍异步JavaScript</a></li>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Timeouts_and_intervals">合作异步JavaScript: Timeouts and intervals</a></li>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Promises">使用Promises优雅的异步编程</a></li>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Async_await">async and await：让异步编程更容易</a></li>
 <li><a href="/en-US/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Choosing_the_right_approach">选择正确的方法</a></li>
</ul>