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[转]JavaScript版本的AsyncEnumerator  

2010-11-30 10:26:59|  分类: 专业技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地球人都知道,在C# 2.0里提供了yield关键字,可以方便好用地生成一个迭代器,更可以简化异步操作——这是因为有了Jeffrey Richter开发的AsyncEnumerator。在接下来的某些演讲中我准备的主题是“异步编程模型”的演变,自然少不了这非常重要的一环。为了便于广大人民群众更好地接受,我决定使用JavaScript来进行说明。为此,我用JavaScript实现了一个AsyncEnumerator。

JavaScript 1.7里的Iterator生成器

AsyncEnumerator的关键在于yield,yield可以让开发者轻易实现出一个迭代器。只可惜在ECMA-262里并没有定义这个功能,还好在FireFox 2.0之后里实现了JavaScript 1.7,其中便提供了Iterator的生成器。这里我先做一个简单的介绍。

例如,基于JavaScript 1.7实现无限长的菲波纳妾数列,只要:

function fibonacci() {     var fn1 = 1;     var fn2 = 1;     while (true) {         var current = fn2;         fn2 = fn1;         fn1 = fn1 + current;         yield current;     } }

在使用的时候,JavaScript 1.7里也提供了比较方便的语法,例如:

for (var i in fibonacci()) {     print(i); }

就像C#中的foreach是使用了MoveNext方法和Current属性一样,其实JavaScript 1.7中针对迭代器的for…in语法也是使用了迭代器对象上的next方法。例如上面的代码便可以修改为:

var iterator = fibonacci(); while (true) {     print(iterator.next()); }

您可能会想,这为什么是一个死循环?这是因为在JavaScript 1.7中,而每次调用next方法都会得到yield返回的某一项,同时通过抛出“StopIteration”来表示“迭代终止”。一般来说不需要手动维护异常,因为这些都交给for…in处理了。

异步模型

无论是哪种“异步编程模型”,首先都需要总结出一种通用的“异步任务模型”,例如.NET中的Begin/End或是基于事件的异步模型。为了简化问题,我在这里提出一种最为简单的异步编程:每个异步操作都是以下形式的:

beginXxx(arg0, arg1, ..., callback);

例如我们来扩展一下XMLHttpRequest类型,提供一个beginReceive方法,最终返回responseText:

XMLHttpRequest.prototype.beginReceive = function (callback) {     this.onreadystatechange = function () {         if (this.readyState == 4) {             callback(this.responseText);         }     }      this.send(); }

同样,我们提供一个beginSleep方法,它仅仅是一个setTimeout函数的简单封装:

var beginSleep = function (ms, callback) {     window.setTimeout(callback, ms); }

调用beginXxx方法则表示发起一个异步的Xxx操作,其结果会通过callback回调函数传递过来。“回调”是“异步”的精髓,尽管它经常让我们痛苦万分。一般来说,无论是何种异步模型(甚至不关.NET还是JavaScript),最终都是基于回调函数的,最终其实也可以归纳成这里的异步调用形式。

AsyncIterator

下面我们便来仿造AsyncEnumerator编写一个AsyncIterator。AsyncEnumerator的原理很简单,我们在这里继续将其简化,由于是JavaScript,我们还不需要处理多线程之间的竞争,可谓再简单不过了:

var AsyncIterator = function () {     this._result = null;     this._callback = null;     this._iterator = null; } AsyncIterator.prototype.callback = function () {     var _this = this;     return function (result) {         _this._result = result;         try {             _this._iterator.next();         } catch (e) {             _this._callback();         }     }; } AsyncIterator.prototype.result = function () {     return this._result; } AsyncIterator.prototype.beginInvoke = function (iterator, callback) {     this._iterator = iterator;     this._callback = callback;      iterator.next(); }

AsyncIterator的原理和使用方式可以用以下几句话描述清楚:

  1. 异步代码将异步操作的结果提交至AsyncIterator提供的回调函数中(通过调用callback方法获得)。
  2. 异步代码在发起一个异步操作之后,使用yield将控制权交还给外部(其实就是AsyncIterator)。
  3. 异步操作完成后会执行AsyncIterator提供的回调函数,AsyncIterator则调用迭代器的next方法,继续执行代码。
  4. 异步代码可以从AsyncIterator的result方法中获得上一个异步操作的结果。
  5. 当next方法抛出异常时,表示迭代器执行完毕,AsyncIterator则通过回调函数进行通知。

为了便于使用,我为AsyncIterator提供一个“静态方法”:

AsyncIterator.beginInvoke = function (generator, callback) {     var ai = new AsyncIterator();     var iterator = generator(ai);     ai.beginInvoke(iterator, callback); }

接下来,我们便来看两个实例。

示例1:移动HTML元素

实现一个移动HTML元素的逻辑其实很简单,只要根据一个时间间隔不断地改变其top和left即可。例如这样:

// Pseudocode, cannot work var move = function (e, startPos, endPos, duration) {     for (var t = 0; t < duration; t += 50) {         e.style.left = startPos.x + (endPos.x - startPos.x) * t / duration;         e.style.top = startPos.y + (endPos.y - startPos.y) * t / duration;         sleep(50); // cannot sleep     }      e.style.left = endPos.x;     e.style.top = endPos.y; }

只可惜上面这段代码是无法运行的,因为在浏览器里我们没有任何手段让当前的工作线程暂停,我们没有一个阻塞的同步的sleep方法,只有一个异步的beginSleep方法(如上文)。因此,其实beginMove方法只能这样编写:

var beginMove = function (e, startPos, endPos, duration, callback) {     var t = 0;      var loop = function () {         if (t < duration) {             t += 50;             e.style.left = startPos.x + (endPos.x - startPos.x) * t / duration;             e.style.top = startPos.y + (endPos.y - startPos.y) * t / duration;             beginSleep(50, loop);         } else {             callback();         }     }      loop(); }

我们无法使用for循环,只能把循环拆成loop回调。这就是异步代码破坏了代码局部性的例证。可能有些朋友会觉得这样的代码写起来没什么困难的,那么如果再加上if…else或是try…catch呢?不管怎么样,这段代码破坏了程序员编程思路,我觉得实在太丑了,使用AsyncIterator便会直观许多:

var beginMove2 = function (e, startPos, endPos, duration, callback) {      var generator = function (ai) {         for (var t = 0; t < duration; t += 50) {             e.style.left = startPos.x + (endPos.x - startPos.x) * t / duration;             e.style.top = startPos.y + (endPos.y - startPos.y) * t / duration;             beginSleep(50, ai.callback());             yield 0;         }          e.style.left = endPos.x;         e.style.top = endPos.y;     };      AsyncIterator.beginInvoke(generator, callback); }

调用beginSleep之后代码使用yield将控制权交还给了AsyncIterator,而beginSleep完成之后也会通知AsyncIterator并继续这段逻辑。有了yield,我们的代码编写起来便顺畅多了。

示例2:批量请求数据

如果现在有一个urls数组,其中包含了目标地址,您如何将它们的结果也通过一个数组返回过来呢?伪代码如下:

// Pseudocode, cannot work var receiveMany = function (urls) {     var results = [];      for (var i = 0; i < urls.length; i++) {         var req = new XMLHttpRequest();         req.open("GET", urls[i]);         var r = req.receive(); // cannot recieve         results.push(r);     }      return results; }

很显然实际可以运行的代码只能是异步的:

var beginReceiveMany = function (urls, callback) {     var results = [];      var loop = function (i) {         if (i < urls.length) {             var req = new XMLHttpRequest();             req.open("GET", urls[i]);             req.beginReceive(function (r) {                 results.push(r);                 loop(i + 1);             });         } else {             callback(results);         }     }      loop(0); }

之前我们扩展了XMLHttpRequest,提供了一个beginReceive方法。于是我们在回调中驰骋,最终实现了beginReceiveMany方法。如果用AsyncIterator则会方便一些,只可惜它对“带有返回值”的异步操作支持并不友好,因此还是有点绕:

var beginReceiveMany2 = function (urls, callback) {     var results = [];      var generator = function(ai) {         for (var i = 0; i < urls.length; i++) {             var req = new XMLHttpRequest();             req.open("GET", urls[i]);             req.beginReceive(ai.callback());             yield 0;             results.push(ai.result());         }     }          AsyncIterator.beginInvoke(generator, function() {         callback(results);     }); }

幸好有JavaScript的闭包在,总体来说还算方便。在这个例子中,AsyncIterator会得到beginReceive从回调函数中提交上来的结果,然后代码便可以从result方法里获得并保存。

更多

AsyncIterator虽好,只可惜只能在FireFox里使用,这自然无法推广。幸好我们还可以用Jscex,而且这一切都没有Jscex来的简单,正如之前所提到的那样,在Jscex中一段移动HTML元素的动画只需这样写:

var moveAsync = eval(Jscex.compile("$async", function (e, startPos, endPos, duration) {     for (var t = 0; t < duration; t += 50) {         e.style.left = startPos.x + (endPos.x - startPos.x) * t / duration;         e.style.top = startPos.y + (endPos.y - startPos.y) * t / duration;         $await(Jscex.Async.sleep(50));     }      e.style.left = endPos.x;     e.style.top = endPos.y; }));

批量请求数据也是最为直观的代码:

var getMultiContentAsync = eval(Jscex.compile("$async", function (urls) {     var result = [];      for (var i = 0; i < urls.length; i++) {         var content = $await(getContentAsync(urls[i]));         result.push(content);     }      return result; }));

甚至汉诺塔的解法,也完全是最最直观的递归算法:

var hanoiAsync = eval(Jscex.compile("$async", function (n, a, b, c) {     if (n > 0) {         $await(hanoiAsync(n - 1, a, c, b));     }      $await(moveDishAsync(n, a, b));      if (n > 0) {         $await(hanoiAsync(n - 1, c, b, a));     } }));

关于异步编程模型的演变,以及Jscex的更多内幕,本周三下午4点我将在创新院内部开展一次分享会,欢迎创新院外的朋友前来一起交流。这也是我在即将举办的SD 2.0大会上的一次预演。

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