回调,是非常基本的概念,尤其在现今NodeJS诞生与蓬勃发展中变得更加被人们重视。很多朋友学NodeJS,学很久一直摸不着门道,觉得最后在用Express写Web程序,有这样的感觉只能说明没有学懂NodeJS,本质上说不理解回调,就不理解NodeJS。
NodeJS有三大核心:
- CallBack回调
- Event事件
- Stream流
先来看什么不叫回调,下面是很多网友误认为的回调:
//代码示例1
//Foo函数意在接收两个参数,任意类型a,和函数类型cb,在结尾要调用cb()
function Foo(a, cb){
console.log(a);
// do something else
// Maybe get some parameters for cb
var param = Math.random();
cb(param);
}
//定义一个叫CallBack的函数,将作为参数传给Foo
var CallBack = function(num){
console.log(num);
}
//调用Foo
Foo(2, CallBack);
以上代码不是回调,以下指出这里哪些概念容易混淆:
- 变量CallBack,被赋值为一个匿名函数,但是不因为它名字叫CallBack,就称知为回调
_ Foo函数的第二个形式参数名为cb,同理叫cb,和是不是回调没关系
_ cb在Foo函数代码最后被以cb(param)的形式调用,不因为cb在另一个函数中被调用,而将其称之为回调
直白来讲,以上代码就是普通的函数调用,唯一特殊一点的地方是,因为JS有函数式语言的特性,可以接收函数作为参数。在C语言里可以用指向函数的指针来达到类似效果。
讲到这里先停一下,大家注意到本文的标题是解读异步、回调和EventLoop,回调之前还有异步呢,这个顺序对于理解很有帮助,可以说理解回调的前提,是理解异步。
说到异步,什么是异步呢?和分布、并行有什么区别?
回归原始,追根溯源是我们学习编程的好方法,不去想有什么高级的工具和概念,而去想如果我们只有一个浏览器做编译器和一个记事本,用plain JS写一段异步代码,怎么写?不能用事件系统,不能用浏览器特性。
小明:刚才上面那段代码是异步的吗?
老袁:当然不是,即便把Foo改为AsyncFoo也不是。这里比较迷惑的是cb(param)是在Foo函数的最后被调用的。
小明:好像觉得异步的代码,确实应该在最后调一个callback函数,因为之后的代码不会被执行到了。
老袁:异步的一个定义是函数调用不返回原来代码调用处,而cb(params)调用完后,依旧返回到Foo的尾部,即便cb(params)后还有代码,它们也可以被执行到,这是个同步调用。
Plain JS 异步的写法有很多,以经典的为例:
//代码示例2
// ====同步的加法
function Add(a, b){
return a+b;
}
Add(1, 2) // => 3 // ====异步的加法
function LazyAdd(a){
return function(b){
return a+b;
}
}
var result = LazyAdd(1); // result等于一个匿名函数,实际是闭包
//我们的目的是做一个加法,result中保存了加法的一部分,即第一个参数和之后的运算规则,
//通过返回一个持有外层参数a的匿名函数构成的闭包保存至变量result中,这部是异步的关键。
//极端的情况var result = LazyAdd(1)(2);这种极端情况又不属于异步了,它和同步没有区别。 // 现在可以写一些别的代码了
console.log('wait some time, doing some fun');
// 实际生产中不会这么简单,它可能在等待一些条件成立,再去执行另外一半。 result = result(2) // => 3
上述代码展示了,最简单的异步。我们要强调的事,异步是异步,回调是回调,他俩半毛钱关系都没有。
Ok,下面把代码改一改,看什么叫回调:
//代码示例3
//注意还是那个Add,精髓也在这里,随后说到
function Add(a, b){
return a+b;
}
//LazyAdd改变了,多了一个参数cb
function LazyAdd(a, cb){
return function(b){
cb(a, b);
}
}
//将Add传给形参cb
var result = LazyAdd(1, Add)
// doing something else
result = result(2); // => 3
这段代码,看似简单,实则并不平凡。
小明:这代码给人的第一感觉就是脱裤子放屁,明明一个a+b,先是变成异步的写法就多了很多代码,人都看不懂了,现在的这个加了所谓的“回调”,更啰嗦了,最后得到的结果都是1+2=3,尼玛这不有病吗?
老袁:你只看到了结果,却不知道为什么人家这么写,这样写为了什么。代码示例2和3中,同样的Add函数,作为参数传到LazyAdd中,此时它是回调。那为什么代码示例1中,Foo中传入的cb不是回调呢?要仔细体会这句话,需要带状态的才叫回调函数,own state,这里通过闭包保存的a就是状态。
小明:我伙呆
老袁:现在再说为什么要有回调,单看输出结果,回调除了啰嗦和难于理解之外没有任何意义。但是!!!
现在说吧,CallBack的好处是:保证API不撕裂
也就是说,异步是很有需求的,处理的好能使计算效率提高,不至于卡在某处一直等待。但是异步的写法,我们看到了非常难看,把一个加法变成异步,都如此难看,何况其他。那么CallBack的妙处就是“保证API不撕裂”,代码中写到的精髓所在,还是那个Add,对,让程序员在写异步程序的时候,还能够像同步写法那样好理解,Add作为CallBack传入,保证的是Add这个方法好理解,作为API设计中的重要一个环节,保证开发者用起来方便,代码可读性高。
以NodeJS的readFile API为例进一步说明:
fs.readFile(filename, [options], callback)
有两个必填的参数filename和callback
callback是实际程序员要写代码的地方,写它的时候假设文件已经读取到了,该怎么写还怎么写,是API历史上的一次大进步。
//读取文件'etc/passwd',读取完成后将返回值,传入function(err, data) 这个回调函数。
fs.readFile('/etc/passwd', function (err, data) {
if (err) throw err;
console.log(data);
});
回调和闭包有一个共同的特性:在最终“回调 ”调用以前,前面所有的状态都得存着。
这段代码对于人们的疑惑常常是,我怎么知道callback要接收几个参数,参数的类型是什么?
答:是API提供者事先设计好的,它需要在文档中说明callback接收什么参数。
如代码3展示的那样,API设计者通过种种技巧,实现了回调的形式,这种种技巧写起来很痛苦。而fs.readFile看起来写的很轻巧,这是因为它不光包含异步、回调,还引入的新的概念EventLoop。
EventLoop是很早前就有的概念,如MFC中的消息循环,浏览器中的事件机制等等。
那为什么要有EventLoop,它的目的是什么呢?
我们用一个简单的伪示例,看没有EventLoop时是怎么工作:
//代码示例4
function Add(a, b){
return a+b;
} function LazyAdd(a, cb){
return function(b){
cb(a, b);
}
} var result = LazyAdd(1, Add)
// 假设有一个变量button为false,我们继续调用result的条件是,当button为true的时候。
var button = false; // 常用的办法是观察者模式,派一个人不断的看button的值,
//只要变了就开始执行result(2), 当然得有别人去改变button的值,
//这里假设有人有这个能力,比如起了另外一个线程去做。
while(true){
if(button){
result = result(2);
break;
}
} result = result(2); // => 3
所以如果有很多这样的函数,每一个都要跑一个观察者模式,在一定条件下看上去比较费计算。这时EventLoop诞生了,派一个人来轮询所有的,其他人都可以把观察条件和回调函数注册在EventLoop上,它进行统一的轮询,注册的人越多,轮询一圈的时间越长。但是简化了编程,不用每个人都写轮询了,提供API变得方便,就像fs.readFile一样简单明白,fs.readFile读取文件’/etc/passwd’,将其注册到EventLoop上,当文件读取完毕的时候,EventLoop通过轮询感知到它,并调用readFile注册时带的回调函数,这里是funtion(err, data)
换一个说法再说一遍:在特定条件下,单台机器上用空间换计算。原本callback执行了就不等了,存在一个地方,其他依赖它的,用观察着模式一直盯着它,各自轮询各自的。现在有人出来替大家统一轮询。
再换一个说法说一遍,重要的事情,换着方法说3遍:在单台机器上,统一轮询看上去比较省,也带来了很多问题,比如NodeJS中单线程情况下,如果一个函数计算量非常复杂,会阻碍所有其他的事件,所以这种情况要将复杂计算交给其他线程或者是服务来做。
我们一直在强调单台机器,如果是多台,用一个统一的人来轮询,就比较恐怖了,大家把事件都注册到一台机器上,它负责轮询所有的,这个namenode就容易崩溃。所以在多台机器上,又适合,每天机器各自轮询各自的,带来的问题是状态不一致了。好的,这才是程序有意思的地方,我们需要知道为什么发明EventLoop,也需要知道EventLoop在什么地方遇到问题。那些天才的程序员,又提出了各种一致性算法来解决这个问题,本文暂不讨论。
到目前为止,我们梳理了他们之间的关系:
异步 –> 回调 –> EventLoop
每一次进步都是上一个台阶,都需要智慧来解决。
回调还产生了很多问题,最严重的问题是callback hell回调地狱。
fs.readFile('/etc/password', function(err, data){
// do something
fs.readFile('xxxx', function(err, data){
//do something
fs.readFile('xxxxx', function(err, data){
// do something
})
})
})
这个例子可能不恰当,但也能理解,在类似这种情况会出现一层套一层的代码,可读性、维护性差。
在ES6 里面给出了Generator,来解决异步编程的问题。