異步javascript的原理和實現

因為工作的需要，我要在網頁端編寫一段腳本，把數據通過網頁批量提交到系統中去。所以我就想到了Greasemonkey插件，於是就開始動手寫，發現問題解決得很順利。但是在對腳本進行總結和整理的時候，我習慣性地問了自己一個問題：能不能再簡單點？

我的答案當然是“能”。

首先回顧我的數據批量提交的需求：我有一批用戶數據要插入到系統中，但是因為系統庫表結構不是行列式的，所以無法轉化為sql語句插入。要插入的數據有接近200條，就是傻呵呵地手工錄入到系統，估計也要1天的時間。作為程序員，當然不會干這么傻的事情，我一定要用程序來解決。這個編程的過程耗費了我1天的時間。相比手工錄入，我額外收入是這篇博文，絕對的合算！

編程平台選擇沒花費時間，直接選定基於Greasemonkey寫自己的腳本，瀏覽器當然是firefox了。腳本的工作過程：

1. 在腳本中預先存放要插入的數據
2. 模擬鼠標點擊，打開頁面中的輸入窗口
3. 將數據錄入到輸入窗口，並模擬點擊“提交”按鈕，將數據提交到系統中。
4. 依次循環，直到所有數據都處理完畢。

這里的技術難點在於：

1. 打開輸入窗口，需要等待不定期的時間，視網絡情況而定。
2. 提交數據到后台，需要等待處理完畢之后才可以循環下一個數據。

如果我是菜鳥的話，我當然直接寫一個類似這樣的應用邏輯：

for(var i = 0; i < dataArray.length; ++i)
{
    clickButtonForInputWindow();
    waitInputWindow();
    enterInputData(dataArray[i]);
    clickSubmitButton();
    waitInputWindowClose();
}

實際上這樣寫所有瀏覽器都會陷入一片白屏，並在若干分鍾之后提示“沒有響應”而被強行終止掉。原因就是瀏覽器在調用javascript的時候，主界面是停止響應的，因為cpu交給js執行了，沒有時間去處理界面消息。

為了滿足“不鎖死”的要求，我們可以把腳本修改成這樣：

for(var i = 0; i < dataArray.length; ++i)
{
    setTimeout(clickButtonForInputWindow);
    …
    setTimeout(waitInputWindowClose);
}

實際上setTimeout和setInterval是瀏覽器唯一可以支持異步的操作。如何更優雅地使用這兩個函數來實現異步操作呢？目前簡單的答案是老趙的Wind.js。雖然我沒有用過這個函數庫，但是光是$await調用，就是符合我一貫對簡潔的要求的。但是對於我這樣的單個文件的腳本來說，去網上下載一個外部js庫，明顯不如有一段支持異步操作的代碼拷貝過來的快和爽。

所以我決定另辟蹊徑，做一個不要編譯而且易用性還可以更能夠Copy&Paste的異步函數庫。

說異步之前，我們一起回憶一下同步操作的幾種結構類型：

1. 順序：就是語句的先后順序執行
2. 判斷：就是判斷語句
3. 循環：嚴格來說應該是跳轉（goto），但大多數現代語言都取消了goto。循環其實應該是復合結構，是if和goto的組合體。

異步操作的難點在兩個地方：

1. 異步的判斷：異步情況下的判斷基本都是檢測條件十分滿足，然后執行某些動作。
2. 異步的順序：順序中的每一步操作之后都要交回控制權，等待在下一個時間片中繼續執行下一步。難點是如何保持順序性。尤其在兩個順序動作中間夾雜一個異步的循環的時候。
3. 異步的循環：每次循環之后都交回控制權到瀏覽器，如此循環，直到運行結束。

最簡單的實現當然就是異步循環了，我的實現代碼如下：

function asyncWhile(fn, interval)
{
    if( fn == null || (typeof(fn) != "string" && typeof(fn) != "function") )
        return;
    var wrapper = function()
    {
        if( (typeof(fn) == "function" ? fn() : eval(fn) ) !== false )
            setTimeout(wrapper, interval == null? 1: interval);
    }
    wrapper();
}

核心內容就是：如果fn函數返回值不是false，就繼續下一個setTimeout的登記調用。

實際上，“等待並執行”邏輯，根本上就是一個異步循環問題。這種情況的實現方法示例如下：

asyncWhile(function(){
    if( xxxCondition == false )
        return true; // 表示繼續循環
    else
        doSomeThing();
    return false; // 表示不需要繼續循環了
});

對於非等待並執行的邏輯，簡單一個 setTimeout 就可以了。

異步容易，實現異步中的順序才叫難度呢。最早的起因是我要實現3步，但是第二部是一個異步的100多次的循環。也就是說，我要實現的3步操作，其實是103次的順序異步操作。為了一個如何在瀏覽器中實現可響應的等待，找破了腦袋，只找到一個firefox中的實現，還要申請特權調用。

最后想出了一個簡單的方法，就是引入了“執行鏈（Execution Chain）”的概念，同一個執行鏈的所有登記函數是順序的，不同執行鏈之間沒有任何關系。另外，不提供互斥（mutex）等概念，如果要同步，自行在代碼中檢查。

在同一個執行鏈中，保存一個執行令牌，只有令牌和函數序號匹配，才允許執行，這樣就保證了異步執行的順序性。

    function asyncSeq(funcArray, chainName, abortWhenError)
    {
        if( typeof(funcArray) == "function" )
            return asyncSeq([funcArray], chainName, abortWhenError);

        if( funcArray == null || funcArray.length == 0 )
            return;

        if( chainName == null ) chainName = "__default_seq_chain__";
        var tInfos = asyncSeq.chainInfos = asyncSeq.chainInfos || {};
        var tInfo = tInfos[chainName] = tInfos[chainName] || {count : 0, currentIndex : -1, abort : false};

        for(var i = 0; i < funcArray.length; ++i)
        {
            asyncWhile(function(item, tIndex){
                return function(){
                    if( tInfo.abort )
                        return false;
                    if( tInfo.currentIndex < tIndex )
                        return true;
                    else if( tInfo.currentIndex == tIndex )
                    {
                        try{
                            item();
                        }
                        catch(e){
                            if( abortWhenError ) tInfo.abort = true;
                        }
                        finally{
                            tInfo.currentIndex ++;
                        }
                    }
                    else
                    {
                        if( abortWhenError ) tInfo.abort = true;
                    }
                    return false;
                };
            }(funcArray[i], tInfo.count ++));
        }

        setTimeout(function(){
      if( tInfo.count > 0 && tInfo.currentIndex == -1 )
                tInfo.currentIndex = 0;
        },20); // 為了調試的原因，加了延遲啟動
    }

由此，一個支持Copy&Paste的異步js函數庫就完成了。具體的使用例子如下：

    function testAsync()
    {
        asyncSeq([function(){println("aSyncSeq -0 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -1 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -2 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -3 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -4 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -5 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -6 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -7 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -8 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -9 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -10 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -11 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -12 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -13 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -14 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -15 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -16 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -17 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -18 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -19 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -20 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -21 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -22 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -23 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -24 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -25 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -26 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -27 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -28 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -29 ");}
        ]);

        asyncSeq([function(){println("aSyncSeq test-chain -a0 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a1 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a2 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a3 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a4 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a5 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a6 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a7 ");}
            , function(){println("aSyncSeq test-chain -a8 ");}
        ], "test-chain");

        asyncSeq([function(){println("aSyncSeq -a0 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a1 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a2 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a3 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a4 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a5 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a6 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a7 ");}
            , function(){println("aSyncSeq -a8 ");}
        ]);
    }

    var textArea = null;

    function println(text)
    {
        if( textArea == null )
        {
            textArea = document.getElementById("text");
            textArea.value = "";
        }

        textArea.value = textArea.value + text + "\r\n";
    }

最后，要向大家說一聲抱歉，很多只想拿代碼的朋友恐怕要失望了，如果你真的不知道怎么處理這些多余的行號，你可以學習一下正則表達式的替換，推薦用UltraEdit。