走近Node.js的异步代码设计

译文
开发 前端
许多企业目前在评估Node.js的异步、事件驱动型的I/O,认为这是一种高性能方案,可以替代多线程企业应用服务器的传统同步I/O。异步性质意味着,企业开发人员必须学习新的编程模式,忘掉旧的编程模式。他们必须彻底转变思路,可能需要借助电击疗法^_^。本文介绍了如何将旧的同步编程模式换成全新的异步编程模式。

【51CTO精选译文】许多企业目前在评估Node.js的异步、事件驱动型的I/O,认为这是一种高性能方案,可以替代多线程企业应用服务器的传统同步I/O。异步性质意味着,企业开发人员必须学习新的编程模式,忘掉旧的编程模式。他们必须彻底转变思路,可能需要借助电击疗法^_^。本文介绍了如何将旧的同步编程模式换成全新的异步编程模式。

51CTO推荐专题:Node.js专区

开始转变思路

要使用Node.js,就有必要了解异步编程的工作原理。异步代码设计并非简单的设计,需要一番学习。现在需要来一番电击疗法:本文在同步代码示例旁边给出了异步代码示例,表明如何更改同步代码,才能变成异步代码。这些示例都围绕Node.js的文件系统(fs)模块,因为它是唯一含有同步I/O操作及异步I/O操作的模块。有了这两种示例,你可以开始转变思路了。

相关代码和独立代码

回调函数(callback function)是Node.js中异步事件驱动型编程的基本构建模块。它们是作为变量,传递给异步I/O操作的函数。一旦操作完成,回调函数就被调用。回调函数是Node.js中实现事件的机制。

下面显示的示例表明了如何将同步I/O操作转换成异步I/O操作,并显示了回调函数的使用。示例使用异步fs.readdirSync()调用,读取当前目录的文件名称,然后把文件名称记录到控制台,***读取当前进程的进程编号(process id)。

同步

  1. var fs = require('fs'),  
  2.     filenames,  
  3.     i,  
  4.     processId;  
  5. filenames = fs.readdirSync(".");  
  6. for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
  7.     console.log(filenames[i]);  
  8. }  
  9. console.log("Ready.");  
  10. processprocessId = process.getuid();  

异步

  1. var fs = require('fs'),  
  2.     processId;  
  3. fs.readdir(".", function (err, filenames) {  
  4.     var i;  
  5.     for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
  6.         console.log(filenames[i]);  
  7.     }  
  8.     console.log("Ready.");  
  9. });  
  10. processprocessId = process.getuid(); 

在同步示例中,处理器等待fs.readdirSync() I/O操作,所以这是需要更改的操作。Node.js中该函数的异步版本是fs.readdir()。它与fs.readdirSync()一样,但是回调函数作为第二个参数。

使用回调函数模式的规则如下:把同步函数换成对应的异步函数,然后把原先在同步调用后执行的代码放在回调函数里面。回调函数中的代码与同步示例中的代码执行一模一样的操作。它把文件名称记录到控制台。它在异步I/O操作返回之后执行。

就像文件名称的记录依赖fs.readdirSync() I/O操作的结果,所列文件数量的记录也依赖其结果。进程编号的存储独立于I/O操作的结果。因而,必须把它们移到异步代码中的不同位置。

规则就是将相关代码移到回调函数中,而独立代码的位置不用管。一旦I/O操作完成,相关代码就被执行,而独立代码在I/O操作被调用之后立即执行。

顺序

同步代码中的标准模式是线性顺序:几行代码都必须下一行接上一行来执行,因为每一行代码依赖上一行代码的结果。在下面示例中,代码首先变更了文件的访问模式(比如Unix chmod命令),对文件更名,然后检查更名后文件是不是符号链接。很显然,该代码无法乱序运行,不然文件在模式变更前就被更名了,或者符号链接检查在文件被更名前就执行了。这两种情况都会导致出错。因而,顺序必须予以保留。

同步

  1. var fs = require('fs'),  
  2.     oldFilename,  
  3.     newFilename,  
  4.     isSymLink;  
  5. oldFilename = "./processId.txt";  
  6. newFilename = "./processIdOld.txt";  
  7. fs.chmodSync(oldFilename, 777);  
  8. fs.renameSync(oldFilename, newFilename);  
  9. isSymLink = fs.lstatSync(newFilename).isSymbolicLink(); 

异步

  1. var fs = require('fs'),  
  2.     oldFilename,  
  3.     newFilename;  
  4. oldFilename = "./processId.txt";  
  5. newFilename = "./processIdOld.txt";  
  6. fs.chmod(oldFilename, 777, function (err) {     
  7.     fs.rename(oldFilename, newFilename, function (err) {  
  8.         fs.lstat(newFilename, function (err, stats) {  
  9.             var isSymLink = stats.isSymbolicLink();  
  10.         });  
  11.     });  
  12. });  

在异步代码中,这些顺序变成了嵌套回调。该示例显示了fs.lstat()回调嵌套在fs.rename()回调里面,而fs.rename()回调嵌套在fs.chmod()回调里面。

#p#

并行处理

异步代码特别适合操作I/O操作的并行处理:代码的执行并不因I/O调用的返回而受阻。多个I/O操作可以并行开始。在下面示例中,某个目录中所有文件的大小都在循环中累加,以获得那些文件占用的总字节数。使用异步代码,循环的每次迭代都必须等到获取单个文件大小的I/O调用返回为止。

异步代码允许快速连续地在循环中开始所有I/O调用,不用等结果返回。只要其中一个I/O操作完成,回调函数就被调用,而该文件的大小就可以添加到总字节数中。

唯一必不可少的有一个恰当的停止标准,它决定着我们完成处理后,就计算所有文件的总字节数。

同步

  1. var fs = require('fs');  
  2. function calculateByteSize() {  
  3.     var totalBytes = 0,  
  4.         i,  
  5.         filenames,  
  6.         stats;  
  7.     filenames = fs.readdirSync(".");  
  8.     for (i = 0; i < filenames.length; i ++) {  
  9.         stats = fs.statSync("./" + filenames[i]);  
  10.         totalBytes += stats.size;  
  11.     }  
  12.     console.log(totalBytes);  
  13. }  
  14.  
  15.  
  16.  
  17. calculateByteSize(); 

异步

  1. var fs = require('fs');  
  2. var count = 0,  
  3.     totalBytes = 0;  
  4. function calculateByteSize() {  
  5.     fs.readdir(".", function (err, filenames) {  
  6.         var i;  
  7.         count = filenames.length;  
  8.         for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
  9.             fs.stat("./" + filenames[i], function (err, stats) {  
  10.                 totalBytes += stats.size;  
  11.                 count--;  
  12.                 if (count === 0) {  
  13.                     console.log(totalBytes);  
  14.                 }  
  15.             });  
  16.         }  
  17.     });  
  18. }  
  19. calculateByteSize(); 

同步示例简单又直观。在异步版本中,***个fs.readdir()被调用,以读取目录中的文件名称。在回调函数中,针对每个文件调用fs.stat(),返回该文件的统计信息。这部分不出所料。

值得关注的方面出现在计算总字节数的fs.stat()回调函数中。所用的停止标准是目录的文件数量。变量count以文件数量来初始化,倒计数回调函数执行的次数。一旦数量为0,所有I/O操作都被回调,所有文件的总字节数被计算出来。计算完毕后,字节数可以记录到控制台。

异步示例有另一个值得关注的特性:它使用闭包(closure)。闭包是函数里面的函数,内层函数访问外层函数中声明的变量,即便在外层函数已完成之后。fs.stat()回调函数是闭包,因为它早在fs.readdir()回调函数完成后,访问在该函数中声明的count和totalBytes这两个变量。闭包有关于它自己的上下文。在该上下文中,可以放置在函数中访问的变量。

要是没有闭包,count和totalBytes这两个变量都必须是全局变量。这是由于fs.stat()回调函数没有放置变量的任何上下文。calculateBiteSize()函数早已结束,只有全局上下文仍在那里。这时候闭包就能派得上用场。变量可以放在该上下文中,那样可以从函数里面访问它们。

代码复用

代码片段可以在JavaScript中复用,只要把代码片段包在函数里面。然后,可以从程序中的不同位置调用这些函数。如果函数中使用了I/O操作,那么改成异步代码时,就需要某种重构。

下面的异步示例显示了返回某个目录中文件数量的函数countFiles()。countFiles()使用I/O操作fs.readdirSync() 来确定文件数量。span style="font-family: courier new,courier;">countFiles()本身被调用,使用两个不同的输入参数:

同步

  1. var fs = require('fs');  
  2. var path1 = "./",  
  3.     path2 = ".././";  
  4. function countFiles(path) {  
  5.     var filenames = fs.readdirSync(path);  
  6.     return filenames.length;  
  7. }  
  8. console.log(countFiles(path1) + " files in " + path1);  
  9. console.log(countFiles(path2) + " files in " + path2); 

异步

  1. var fs = require('fs');  
  2. var path1 = "./",  
  3.     path2 = ".././",  
  4.     logCount;  
  5. function countFiles(path, callback) {  
  6.     fs.readdir(path, function (err, filenames) {  
  7.         callback(err, path, filenames.length);  
  8.     });  
  9. }  
  10. logCount = function (err, path, count) {  
  11.     console.log(count + " files in " + path);  
  12. };  
  13. countFiles(path1, logCount);   
  14. countFiles(path2, logCount);  

把fs.readdirSync()换成异步fs.readdir()迫使闭包函数cntFiles()也变成异步,因为调用cntFiles()的代码依赖该函数的结果。毕竟,只有fs.readdir()返回后,结果才会出现。这导致了cntFiles()重构,以便还能接受回调函数。整个控制流程突然倒过来了:不是console.log()调用cntFiles(),cntFiles()再调用fs.readdirSync(),在异步示例中,而是cntFiles()调用fs.readdir(),然后cntFiles()再调用console.log()。

结束语

本文着重介绍了异步编程的一些基本模式。将思路转变到异步编程绝非易事,需要一段时间来适应。虽然难度增加了,但是获得的回报是显著提高了并发性。结合JavaScript的快速周转和易于使用等优点,Node.js中的异步编程有望在企业应用市场取得进展,尤其是在新一代高度并发性的Web 2.0应用程序方面。

原文:http://shinetech.com/thoughts/thought-articles/139-asynchronous-code-design-with-nodejs
 

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责任编辑:陈贻新 来源: 51CTO
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