JavaScript是互聯(lián)網時代編程語言的霸主，統(tǒng)領瀏覽器至今已有許多年頭，而這股風潮很可能隨著HTML 5的興起而愈演愈烈。如今JavaScript更是在Node.js的幫助下進軍服務器編程領域。“單線程”和“無阻塞”是JavaScript的天性，因此任何需要“耗時”的操作，例如等待、網絡通信、磁盤IO都只能提供“異步”的編程接口。盡管這對服務器的伸縮性和客戶端的響應能力都大有脾益，但是異步接口在使用上要比傳統(tǒng)的線性編程困難許多，因此也誕生了如jQuery Deferred這樣的輔助類庫。Jscex的主要目的也是簡化異步編程，但它使用了一種與傳統(tǒng)輔助類庫截然不同的方式，盡可能地將異步編程體驗帶領到新的高度。

開放平臺之實踐——來自百度、360、騰訊、盛大的案例分享JavaScript編程幾乎總是伴隨著異步操作，傳統(tǒng)的異步操作會在操作完成之后，使用回調函數(shù)傳回結果，而回調函數(shù)中則包含了后續(xù)的工作。這也是造成異步編程困難的主要原因：我們一直習慣于“線性”地編寫代碼邏輯，但是大量異步操作所帶來的回調函數(shù)，會把我們的算法分解地支離破碎。此時我們不能用if來實現(xiàn)邏輯分支，也不能用while/for/do來實現(xiàn)循環(huán)，更不用提異步操作之間的組合、錯誤處理以及取消操作了。

快速入門：排序動畫

我們先來看一個簡單的例子?！懊芭菖判颉笔亲畛Ｒ姷呐判蛩惴ㄖ?，它的JavaScript實現(xiàn)如下：

var compare = function (x, y) {  
    return x - y;  
}  
 
var swap = function (array, i, j) {  
    var t = array[i];  
    array[i] = array[j];  
    array[j] = t;  
}  
 
var bubbleSort = function (array) {  
    for (var i = 0; i < array.length; i++) {  
        for (var j = 0; j < array.length - i; j++) {  
            if (compare(array[j], array[j + 1]) > 0) {  
                swap(array, j, j + 1);  
            }  
        }  
    }  
} 

由于某些原因——例如教學所需，我們希望能夠通過動畫來直觀地感受不同排序算法之間的差異。將一個排序算法改寫為動畫效果的“基本策略”十分簡單：

◆ 在每次元素“交換”和“比較”操作時暫停一小會兒(因為它們是排序算法的主要耗時所在)。

◆ 在元素“交換”過后重繪圖像。

只需增加這樣兩個“簡單”的功能，便可以形成算法的動畫效果。但實際上，實現(xiàn)這個策略并沒有聽上去那么容易。在其它許多語言或是運行環(huán)境中，我們可以使用sleep方法來暫停當前線程。這對代碼的邏輯結構的影響極小。但是在JavaScript中，我們只有setTimeout可以做到“延遲”執(zhí)行某個操作。setTimeout需要與回調函數(shù)配合使用，但這會嚴重破壞算法的邏輯結構，例如，我們再也無法使用for來實現(xiàn)哪怕是最最簡單的循環(huán)操作了。因此，排序算法的動畫似乎只能這么寫：

// 異步操作簽名約定：  
// function (arg1, arg2, ..., callback) {  
//     異步操作完成后使用callback回傳結果  
// }  
 
var compareAsync = function (x, y, callback) {  
    // 延遲10毫秒返回結果  
    setTimeout(10, function () {  
        callback(x - y);  
    });  
}  
 
var swapAsync = function (a, i, j, callback) {  
    // 交換元素  
    var t = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = t;  
    // 重繪  
    repaint(a);  
    // 延遲20毫秒才返回  
    setTimeout(20, callback);  
}  
 
// 外部循環(huán)，從下標為i的元素開始處理  
var outerLoopAsync = function (array, i, callback) {  
    // 如果i還在數(shù)組長度范圍內  
    if (i < array.length) {  
        // 則進入內部循環(huán)，與下標為i的元素進行比較  
        innerLoopAsync(array, i, 0, function () {  
            // 內部循環(huán)結束以后，在外部循環(huán)中處理i的下一個元素  
            outerLoopAsync(array, i + 1, callback);  
        });  
    } else {  
        // i超出數(shù)組長度，表示外層循環(huán)結束  
        callback();  
    }  
}  
 
// 內部循環(huán)，從下標j開始，與下標為i的元素進行比較  
var innerLoopAsync = function (array, i, j, callback) {  
    // 如果j在合適范圍內  
    if (j < array.length - i) {  
        // 則比較下標j及其相鄰元素  
        compareAsync(array[j], array[j + 1], function (r) {  
            // 如果次序不對  
            if (r > 0) {  
                // 則交換及其相鄰元素  
                swapAsync(array, j, j + 1, function () {  
                    // 交換之后，則重復內層循環(huán)比較下標j的下一個元a素  
                    innerLoopAsync(array, i, j + 1, callback);  
                });  
            } else {  
                // 假如次序已經正確·，則直接重復內存循環(huán)比較下標j的下一個元a素  
                innerLoopAsync(array, i, j + 1, callback);  
            }  
        });  
    } else {  
        // j已經超出范圍，一個元素已經處于合適的位置，內層循環(huán)結束  
        callback();  
    }  
}  
 
// 冒泡排序主方法  
var bubbleSortAsync = function (array, callback) {  
    // 從***個元素開始執(zhí)行外部循環(huán)，  
    // 外部循環(huán)結束則意味著排序完畢  
    outerLoop(array, 0, callback || function () { });  
}  
 
// 調用  
var array = ...; // 初始化數(shù)組  
bubbleSortAsync(array); 

相信您也可以看得出來，如果使用傳統(tǒng)回調的方式來實現(xiàn)一個冒泡排序動畫會有多么麻煩。而“支離破碎”所導致的更嚴重的問題，是代碼“語義”方面的損失。例如，新來一位開發(fā)人員想要維護這段代碼，他能夠看出上面這段代碼是“冒泡排序”嗎?如果您給出“冒泡排序”的動畫，又能輕易地將算法“說明”給別人理解嗎?如果需要簡單補充一些功能，又該將新代碼添加在何處?使用傳統(tǒng)線性編程的優(yōu)勢之一，在于容易快速編寫出邏輯清晰而“內聚”的實現(xiàn)，即使需要補充一些功能，則可以通過局部變量將狀態(tài)修改控制至極小。我們幾乎可以這么說，基于回調函數(shù)的異步編程，讓許多傳統(tǒng)程序設計中總結出來的實踐與模式付諸東流。

不過有了Jscex以后世界便大不一樣了，它將編程體驗變得“如初見般美好”：

// 異步的比較操作   
var compareAsync = eval(Jscex.compile("async", function (x, y) {  
    $await(Jscex.Async.sleep(10)); // 等待10毫秒  
    return x - y;  
}));  
 
// 異步的交換操作  
var swapAsync = eval(Jscex.compile("async", function (array, i, j) {  
    var t = array[i];  
    array[i] = array[j];  
    array[j] = t;  
 
    repaint(array); // 重繪  
 
    $await(Jscex.Async.sleep(20)); // 等待20毫秒  
}));  
 
// 異步的冒泡排序   
var bubbleSortAsync = eval(Jscex.compile("async", function (array) {  
    for (var i = 0; i < array.length; i++) {  
        for (var j = 0; j < array.length - i; j++) {  
            // 執(zhí)行異步的比較操作  
            var r = $await(compareAsync(array[j], array[j + 1]));  
            if (r > 0) {  
                // 執(zhí)行異步的交換操作  
                $await(swapAsync(array, j, j + 1));  
            }  
        }  
    }  
}));  
 
// 調用  
var array = ...; // 初始化數(shù)組  
bubbleSortAsync(array).start(); 

以上這段代碼幾乎不用做任何解釋，因為它完全便是在標準的“冒泡排序”算法之上，增加了之前所提到的“基本策略”。這便是Jscex改進異步編程體驗的手段：程序員編寫最自然的代碼，并使用$await來執(zhí)行其中的異步操作。Jscex提供的編譯器(即compile方法)會將一個普通的JavaScript函數(shù)編譯為“回調函數(shù)”組織起來的異步實現(xiàn)，做到“線性編碼，異步執(zhí)行”的效果。

您可以在此觀察冒泡排序的動畫效果(需要IE9，Chrome，F(xiàn)irefox等支持Canvas的瀏覽器)。這張頁面里還實現(xiàn)了選擇排序和快速排序算法的動畫，都是基于Jscex的優(yōu)雅實現(xiàn)。如果您感興趣，也可以使用傳統(tǒng)的、基于回調的方式來編寫這些算法動畫，然后跟頁面中的代碼實現(xiàn)進行對比，便可以更好地了解Jscex的優(yōu)勢。

使用Jscex開發(fā)異步程序

Jscex可以在任何支持JavaScript(ECMAScript 3)的運行環(huán)境里執(zhí)行，例如，包括IE 6在內的現(xiàn)代瀏覽器，服務器端的Node.js，以及如Rhino一樣的JavaScript引擎等等，它們的區(qū)別僅僅在于“引入Jscex腳本文件”的方式不同而已。Jscex模塊化十分細致，在使用時需要引入不少文件，部分原因也是由于JavaScript環(huán)境至今還缺少一個包管理機制所造成的：

◆ lib/json2.js：由Douglas Crockfod編寫的JSON生成器，對于原生不支持JSON.stringify方法的JavaScript環(huán)境(例如早期版本的IE)，則需要引入該文件。

◆ lib/uglifyjs-parser.js：UglifyJS項目(jQuery項目官方使用的壓縮工具)所使用的的JavaScript解析器，這是LISP項目parse-js的 JavaScript 移植，它負責Jscex中的語法解析工作。

◆ src/jscex.js：JIT編譯器實現(xiàn)，負責在運行時生成代碼。這也是Jscex.compile方法的具體實現(xiàn)所在。

以上三個文件構成了Jscex的編譯器核心，它們只需在開發(fā)環(huán)境中使用(例如在頁面引用它們)，目的只是為了提供近乎原生JavaScript的開發(fā)體驗。對于Jscex來說，它的首要原則(沒有之一)便是“保證JavaScript程序員的傳統(tǒng)開發(fā)體驗”。而對于開發(fā)和生產環(huán)境都必不可少的只有以下兩個文件：

◆ src/jscex.builderBase.js：Jscex中“構造器”的公用部分。

◆ src/jscex.async.js：Jscex的“異步構造器”，用于支持異步程序開發(fā)。

這兩個文件在精簡和gzip之后，只有3KB左右大小，幾乎不會給應用程序帶來什么影響。

如果您要編寫一個Jscex異步函數(shù)，則只需要將一個普通的函數(shù)定義放到一段“架子”代碼中即可：

// 普通函數(shù)  
var giveMeFive = function (arg0, arg1, ..., argN) {  
    // 實現(xiàn)  
    return 5;  
};  
 
// Jscex異步函數(shù)  
var giveMeFiveAsync = eval(Jscex.compile("async", function (arg0, arg1, ..., argN) {  
    // 實現(xiàn)  
    return 5;  
})); 

Jscex.compile方法會根據它獲得的“構造器名稱(即async)”和“函數(shù)對象”生成其對應的“新函數(shù)”的代碼，而這段代碼會立即被eval執(zhí)行。這段“架子代碼”看上去略顯冗余，如果您覺得輸入麻煩也可以將其保存為編輯器的“代碼片段(Code Snippet)”，因為它在Jscex使用過程中幾乎不會有任何變化，我們也無需過于關注其含義。

“架子代碼”的另一個作用是“區(qū)分”普通函數(shù)和異步函數(shù)。例如上面的代碼中，giveMeFive會返回5，但giveMeFiveAsync在執(zhí)行后返回的其實是一個“將會返回5”的Future對象——在Jscex中我們將其稱為“任務”。除非我們通過start方法啟動這個任務(Jscex異步函數(shù)中使用$await操作在需要時會調用start方法)，則函數(shù)里的代碼永遠不會執(zhí)行。因此，普通函數(shù)和異步函數(shù)在功能、含義和表現(xiàn)上都有不同，而通過“架子代碼”的便能很方便地把它們區(qū)分開來。

在一個Jscex異步函數(shù)中，我們用$await操作來表示“等待任務返回結果(或出錯)，如果它還未執(zhí)行，則同時啟動這個任務”。$await的參數(shù)是一個Jscex任務對象，我們可以把任意的異步操作輕松地封裝為一個Jscex任務。例如在Jscex的異步類庫中就內置了Jscex.Async.sleep函數(shù)，它封裝了setTimeout函數(shù)。顯然，執(zhí)行任何一個Jscex異步函數(shù)，您都可以得到這樣一個標準的異步任務對象。

除了在Jscex異步函數(shù)中通過$await來操作之外，我們也可以手動調用任務的start方法來啟動一個任務。Jscex異步任務模型雖然簡單，但它是Jscex異步編程的基石，它讓“編譯器”的核心功能變得小巧、簡單和緊湊，許多功能以及使用模式都能在“類庫”層面擴展出來。在今后的文章中，我們也會了解如何將一個異步操作封裝為Jscex任務，以及圍繞這個任務模型進行開發(fā)和擴展。

平易近人的編譯器和eval

從我之前的經驗來看，一些朋友可能會被“編譯器”的字樣嚇到，認為Jscex是一個“重型”的解決方案。還有一些朋友在腦海里深深印有“eval很邪惡”的印象，于是同樣望而卻步。其實這些都是對Jscex的誤解，這里我打算著重解釋一下這方面的問題。

如今“編譯器”其實并不是什么特別神秘的東西，事實上可能您早就在使用針對JavaScript的編譯器了。例如，Google的Closure Compiler便是這樣一個東西。Closure Compiler會接受一段JavaScript代碼，并輸出其“等價”并“精簡”后的代碼。Closure Compiler的作用是“減小文件體積”，而Jscex的作用便是將一個JavaScript函數(shù)轉化成一個新的函數(shù)，以符合某些場景(如異步編程)的需要而已。另一方面，Jscex的轉換操作也涉及代碼解析，語法樹的優(yōu)化以及新代碼的輸出，因此無論從功能還是從實現(xiàn)角度來說，Jscex的核心都是一個標準的“編譯器”。

傳統(tǒng)的編譯器往往會給開發(fā)人員在代碼執(zhí)行之前增加一個額外步驟(編譯)，這對編程體驗是一種損害。JavaScript程序員往往習慣于“修改后刷新頁面”便能立即看到結果，但是如某些將C#或Java語言轉化為JavaScript的解決方案，往往都需要開發(fā)人員在“刷新頁面”之前重新生成一遍JavaScript代碼。Jscex則不然，正如之前提到的那樣，Jscex的首要原則是“盡可能保證JavaScript程序員的傳統(tǒng)開發(fā)體驗”。Jscex編譯器的一大特色，便是“在運行時生成代碼”。Jscex只是JavaScript開發(fā)中所使用的類庫，它幾乎不會對“JavaScript編程”本身有任何改變。換句話說，開發(fā)人員編寫的就是JavaScript代碼，它的載體就是普通的JavaScript文件，文件加載也好，代碼執(zhí)行行為也罷，都和普通的JavaScript開發(fā)一樣。當您修改了Jscex異步函數(shù)的實現(xiàn)之后，Jscex.compile方法在代碼執(zhí)行時自然會生成新的函數(shù)代碼，因此并不會給開發(fā)人員增加任何額外負擔。

Jscex.compile生成的代碼會由eval執(zhí)行，有朋友會認為這么做會影響性能或是安全性。但事實上，無論是eval還是Jscex.compile，都只是為了保證開發(fā)過程中的體驗(修改后立即生效)。真正在生產環(huán)境里執(zhí)行的代碼，是不會出現(xiàn)eval和Jscex.compile的，因為Jscex還提供了一個AOT編譯器(相對于在運行時生成代碼的JIT編譯器而言)。

AOT編譯器也是一段JavaScript代碼，使用Node.js執(zhí)行。使用方法為：

node scripts/jscexc.js --input input_file --output output_file 

AOT編譯器會靜態(tài)分析輸入的腳本文件，找出其中的eval與Jscex.compile函數(shù)調用，直接將“動態(tài)編譯”的結果寫入eval處。例如compareAsync的原始代碼：

var compareAsync = eval(Jscex.compile("async", function (x, y) {  
    $await(Jscex.Async.sleep(10));   
    return x - y;  
}));  

編譯后的代碼便會成為如下形式，目前您無需理解這段代碼的含義。Jscex對最終編譯輸出的代碼經過精心設計，盡可能地讓其保留可讀性及可調式性，這點在今后的文章中也會加以說明和演示。

var compareAsync = (function (x, y) {  
    var $_b = Jscex.builders["async"];  
    return $_b.Start(this,  
        $_b.Delay(function () {  
            return $_b.Bind(Jscex.Async.sleep(10), function () {  
                return $_b.Return(x - y);  
            });  
        })  
    );  
}); 

原始代碼在經過AOT編譯之后，不僅在運行性能方面有所提高(節(jié)省了編譯和動態(tài)執(zhí)行的開銷，并可以在ECMAScript 5的Strict Mode下運行)，還能讓代碼擺脫Jscex編譯器執(zhí)行。在排除了編譯器代碼之后，Jscex的異步類庫在精簡和壓縮后只有3KB左右大小，十分適合互聯(lián)網產品使用。

總結

異步編程的困難有目共睹，因此為了輔助異步程序開發(fā)出現(xiàn)過許多嘗試。在JavaScript編程領域，大部分解決方案都是設法通過提供一些API來更好地組織錯綜復雜的回調函數(shù)，但Jscex走的是另外一條道路。Jscex的目的，是希望盡可能保留JavaScript程序員原有的編程習慣及邏輯組織方式，讓“編譯器”來生成那些包含了回調函數(shù)的代碼。類似的功能已經在F#和Scala中獲得了成功，也即將在下個版本的C#里出現(xiàn)，而Jscex則是將其引入至JavaScript編程中。

Jscex基于BSD授權協(xié)議開源，代碼庫放置在GitHub上，并同步至SNDA Code。

原文：http://www.infoq.com/cn/articles/jscex-javascript-asynchronous-programming

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