异步编程

今天我们来聊聊异步编程,究竟什么是异步编程,什么由是同步编程呢?
其实异步编程可以用一句话来概括,那就是:程序无须按照代码顺序自上而下的执行

`CPU` 与存储器

我们要想了解异步编程就需要了解一下cpu和存储器,了解程序运行过程中CPU和存储器起到了什么作用或者说扮演了什么角色.

1. `CPU`

cpu是中央处理器，计算机核心部件，负责运算和指令调用。开发者编写的 JavaScript 代码在被编译为机器码以后就是通过 CPU 执行的。

2. 存储器

内存：用于临时存储数据，断电后数据丢失。由于数据读写速度快，计算机中的应用都是在内存中运行的。
磁盘：用于持久存储数据，断电后数据不丢失。内部有磁头依靠马达转动在盘片上读写数据, 速度比内存慢。
计算机应用程序在没有运行时是存储在磁盘中的，当我们启动应用程序后，应用程序会被加载到内存中运行，应用程序中的指令会被中央处理器CPU来执行。

`I/O` 模型

从数据库中查询数据(将磁盘中的文件内容读取到内存中)，由于磁盘的读写速度比较慢，查询内容越多花费时间越多。无论 I/O 操作需要花费多少时间，在 I/O 操作执行完成后，CPU 都是需要获取到操作结果的，那么问题就来了，CPU 在发出 I/O 操作指令后是否要等待 I/O 操作执行完成呢 ? 这就涉及到 I/O 操作模型了，I/O 操作的模型有两种。
- 第一种是 CPU 等待 I/O 操作执行完成获取到操作结果后再去执行其他指令，这是同步 I/O 操作 (阻塞 I/O)。
- 第二种是 CPU 不等待I/O操作执行完成，CPU 在发出 I/O 指令后，内存和磁盘开始工作，CPU 继续执行其他指令。当 I/O 操作完成后再通知 CPU I/O 操作的结果是什么。这是异步 I/O 操作 (非阻塞 I/O) 。
- 同步 I/O 在代码中的表现就是代码暂停执行等待 I/O 操作，I/O 操作执行完成后再执行后续代码。
- 异步 I/O 在代码中的表现就是代码不暂停执行，I/O 操作后面的代码可以继续执行，当 I/O 操作执行完成后通过回调函数的方式通知 CPU，说 I/O 操作已经完成了，基于 I/O 操作结果的其他操作可以执行了 (通知 CPU 调用回调函数)。
- 同步 I/O 和异步 I/O区别就是是否等待 I/O 结果。

`Nodejs` 采用的就是`异步非阻塞 I/O` 模型。

下面用一段代码展示:使用node内置模块先读取文档内容后,再输出Hello

// 调用node内置模块读取文件内容(fs模块)
const fs = require("fs")

// 先读取输出文件内容
fs.readFile("./x.txt", "utf-8", function (error, data) { console.log(data)})
// 在输出hello
console.log("Hello")

结果展示:(证明node是异步非阻塞的i/o模型)

进程与线程

每当我们运行应用程序时，操作系统都会创建该应用程序的实例对象，该实例对象就是应用程序的进程，操作系统会按照进程为单位为应用程序分配资源，比如内存，这样程序才能够在计算机的操作系统中运行起来。
线程被包裹在进程之中，是进程中的实际运作单位，一条线程指的就是进程中的一个单一顺序的控制流。也就是说，应用程序要做的事情都存储在线程之中。可以这样认为，一条线程就是一个待办列表，供 CPU 执行。

`Node`中的`JS`运行是单线程还是多线程 ?

在 Node.js 代码运行环境中，它为 JavaScript 代码的执行提供了一个主线程，通常我们所说的单线程指的就是这个主线程，主线程用来执行所有的同步代码。但是 Node.js 代码运行环境本身是由 C++ 开发的，在 Node.js 内部它依赖了一个叫做libuv的 c++ 库，在这个库中它维护了一个线程池，默认情况下在这个线程池中存储了 4 个线程，JavaScript 中的异步代码就是在这些线程中执行的，所以说 JavaScript 代码的运行依靠了不止一个线程，所以 JavaScript 本质上还是多线程的。

下面我们再聊聊`js`中天生的`异步语法`

1. 基于`回调函数`的异步编程

回调函数是指通过函数参数的方式将一个函数传递到另一个函数中，参数函数就是回调函数。
我们经常将回调函数写成callback，实际上它是 call then back 的简写，含义是调用后返回，就是在主函数中调用参数函数，参数函数调用完成后返回主函数继续执行主函数中的代码。
在异步编程中，异步 API 执行的结果就是通过回调函数传递参数的方式传递到上层代码中的。但是这种方法存在一个弊端,那就是回调地狱

// (1). 回调函数(callBack)
// 我们设置一个方法来模拟数据请求(url:请求地址,callback:请求成功后的回调函数)
const cbAjax = (url,callback)=>{//设置一个定时来模拟数据请求的耗时
    setTimeout(()=>{
        // console.log('数据请求回来了!',{name:'lam'});
        callback({url,name:'lam'})
    },1000)
}

// 调用方法: A -> B -> c(先获取A数据,再通过A数据中的Url获取B数据,最后同上获取C数据)
cbAjax('CallBack请求url',(dataA)=>{
    cbAjax(dataA.url,(dataB)=>{
        cbAjax(dataB.url,(dataC)=>{
            console.log(dataC);
        })
    })
})
/* 循环一层一层的嵌套,这就是回调地狱 */

2. 基于`Promise`的异步编程

Promise 是 JavaScript 中异步编程解决方案，可以解决回调函数方案中的回调地狱问题。
可以将 Promise 理解为容器，用于包裹异步API的容器，当容器中的异步API执行完成后，Promise 允许我们在容器的外面获取异步 API 的执行结果，从而避免回调函数嵌套。
Promise 翻译为承若，表示它承若帮我们做一些事情，既然它承若了它就要去做，做就会有一个过程，就会有一个结果，结果要么是成功要么是失败。
所以在 Promise 中有三种状态, 分别为等待(pending)，成功(fulfilled)，失败(rejected)。
默认状态为等待，等待可以变为成功，等待可以变为失败。
状态一旦更改不可改变，成功不能变回等待，失败不能变回等待，成功不能变成失败，失败不能变成成功。

// (2). promise方法
// 我们设置一个方法来模拟数据请求(url:请求地址)
const pAjax = (url)=>{//设置一个定时来模拟数据请求的耗时
    return new Promise((res,rej)=>{
        setTimeout(()=>{
            res({url,name:'lam'})
        },1000)
    })
}

pAjax('Promise请求数据的Url')
.then((dataA)=>{
    return pAjax(dataA.url)
})
.then((dataB)=>{
    return pAjax(dataB.url)
})
.then((dataC)=>{
    console.log(dataC);
})
.catch((err)=>{//捕获错误
    console.log(err);//输出错误
})

/* 这种链式调用就很好的解决了回调地狱问题,是代码看起来更加高逼格 */

`async/await`异步函数解决异步编程

Promise 虽然解决了回调地狱的问题，但是代码看起来仍然不够简洁。
使用async/await可以更加简化异步编程代码的编写
async 声明异步函数的关键字，异步函数的返回值会被自动填充到 Promise 对象中。
await 关键字后面只能放置返回 Promise 对象的 API。
await 关键字可以暂停函数执行，等待 Promise 执行完后返回执行结果。
await 关键字只能出现在异步函数中(只能出现在async的里面,不能单独存在)。

// (3). async/await方法
// 我们设置一个方法来模拟数据请求(url:请求地址)
const pAjax = (url)=>{//设置一个定时来模拟数据请求的耗时
    return new Promise((res,rej)=>{
        setTimeout(()=>{
            res({url,name:'lam'})
        },1000)
    })
}

async function AsyncAjax(url){
    const dataA = await pAjax(url)
    const dataB = await pAjax(dataA.url)
    const dataC = await pAjax(dataB.url)
    console.log(dataC);
}
AsyncAjax('Async的请求url')