Понимание асинхронного программирования

Node Hero: Глава 3

Andrey Melikhov
Oct 12, 2017 · 4 min read

Перевод книги Node Hero от RisingStack. Переведено с разрешения правообладателей.

Оглавление

В этой главе я расскажу вам о принципах асинхронного программирования и покажу, как создавать асинхронные операции в JavaScript и Node.js.

Синхронное программирование

В традиционной практике программирования большинство операций ввода-вывода происходит синхронно. Если вы задумайтесь о Java и о том, как вы читаете файл в ней, вы получите что-то вроде этого:

try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("foo.txt")) {
Session IOUtils;
String fileContent = IOUtils.toString(inputStream);
}

Что происходит в фоновом режиме? Основной поток будет заблокирован до тех пор, пока файл не будет прочитан, а это означает, что за это время ничего другого не может быть сделано. Чтобы решить эту проблему и лучше использовать ваш CPU, вам придется управлять потоками вручную.

Если у вас больше блокирующих операций, очередь событий становится ещё хуже:

Для решения этой проблемы Node.js предлагает модель асинхронного программирования.

Асинхронное программирование в Node.js

Асинхронный ввод-вывод — это форма обработки ввода/вывода, позволяющая продолжить обработку других задач, не ожидая завершения передачи.

В следующем примере я покажу простой процесс чтения файлов в Node.js, как синхронным, так и асинхронным способом, с целью показать вам, чего вы можете достигнуть, если будете избегать блокировки ваших приложений.

Начнем с простого примера: синхронное чтение файла с использованием Node.js:

const fs = require('fs')
let content
try {
content = fs.readFileSync('file.md', 'utf-8')
} catch (ex) {
console.log(ex)
}
console.log(content)

Что здесь происходит? Мы читаем файл, используя синхронный интерфейс модуля fs. Он работает ожидаемым образом: в переменную content сохраняется содержимое file.md. Проблема с этим подходом заключается в том, что Node.js будет заблокирована до завершения операции, то есть, пока читается файл, она не может сделать ничего полезного.

Посмотрим, как мы можем это исправить!

Асинхронное программирование, в том виде, в каком мы знаем его в JavaScript, может быть реализовано только при условии, что функции являются объектами первого класса: они могут передаваться как любые другие переменные другим функциям. Функции, которые могут принимать другие функции в качестве аргументов, называются функциями высшего порядка.

Один из самых простых примеров функций высшего порядка:

const numbers = [2,4,1,5,4]
function isBiggerThanTwo (num) {
return num > 2
}
numbers.filter(isBiggerThanTwo)

В приведенном выше примере мы передаем функцию isBiggerThanTwo в функцию filter. Таким образом, мы можем определить логику фильтрации.

Так появились функции обратного вызова (колбеки): если вы передаете функцию другой функции в качестве параметра, вы можете вызвать её внутри функции, когда она закончит свою работу. Нет необходимости возвращать значения, нужно только вызывать другую функцию с этими значениями.

В основе Node.js лежит принцип «первым аргументом в колбеке должна быть ошибка». Его придерживаются базовые модули, а также большинство модулей, найденных в NPM.

const fs = require('fs')
fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
if (err) {
return console.log(err)
}
console.log(content)
})

Что следует здесь выделить:

  • обработка ошибок: вместо блока try-catch вы проверяете ошибку в колбеке
  • отсутствует возвращаемое значение: асинхронные функции не возвращают значения, но значения будут переданы в колбеки

Давайте немного изменим этот файл, чтобы увидеть, как это работает на практике:

const fs = require('fs')console.log('start reading a file...')fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {
if (err) {
console.log('error happened during reading the file')
return console.log(err)
}
console.log(content)
})
console.log('end of the file')

Результатом выполнения этого кода будет:

start reading a file...
end of the file
error happened during reading the file

Как вы можете видеть, как только мы начали читать наш файл, выполнение кода продолжилось, а приложение вывело end of the file. Наш колбек вызвался только после завершения чтения файла. Как такое возможно? Встречайте цикл событий (event loop).

Цикл событий

Цикл событий лежит в основе Node.js и JavaScript и отвечает за планирование асинхронных операций.

Прежде чем погрузиться глубже, давайте убедимся, что мы понимаем, что такое программирование с управлением по событиям (event-driven programming).

Программирование с управлением по событиям представляет собой парадигму программирования, в которой поток выполнения программы определяется событиями, такими как действия пользователя (щелчки мышью, нажатия клавиш), выходы датчиков или сообщения из других программ/потоков.

На практике это означает, что приложения реагируют на события.

Кроме того, как мы уже узнали в первой главе, с точки зрения разработчика Node.js является однопоточным. Это означает, что вам не нужно иметь дело с потоками и синхронизировать их, Node.js скрывает эту сложность за абстракцией. Всё, кроме кода, выполняется параллельно.

Для более глубокого понимания работы цикла событий рекомендуем посмотреть это видео:

Асинхронный поток управления

Поскольку теперь у вас есть общее представление о том, как работает асинхронное программирование в JavaScript, давайте рассмотрим несколько примеров того, как вы можете организовать свой код.

Async.js

Чтобы избежать так называемого Callback-Hell, вы можете начать использовать async.js.

Async.js помогает структурировать ваши приложения и упрощает понимание потока управления.

Давайте рассмотрим короткий пример использования Async.js, а затем перепишем его с помощью промисов.

Следующий фрагмент перебирает три файла и выводит системную информацию по каждому:

async.parallel(['file1', 'file2', 'file3'],
fs.stat,
function (err, results) {
// results теперь содержит массив системных данных для каждого файла
})

Примечание переводчика: если вы пользуетесь Node.js версии 7 и выше, лучше воспользоваться встроенными конструкциями языка, такими как async/await.

Промисы

Объект Promise используется для отложенных и асинхронных вычислений. Промис представляет собой операцию, которая еще не завершена, но ожидается в будущем.

На практике предыдущий пример можно переписать следующим образом:

function stats (file) {
return new Promise((resolve, reject) => {
fs.stat(file, (err, data) => {
if (err) {
return reject(err)
}
resolve(data)
})
})
}
Promise.all([
stats('file1'),
stats('file2'),
stats('file3')
])
.then((data) => console.log(data))
.catch((err) => console.log(err))

Конечно, если вы используете метод, возвращающий промис, то пример будет заметно компактнее.

В следующей главе вы узнаете, как запустить ваш первый Node.js HTTP-сервер.

Слушайте наш подкаст в iTunes и SoundCloud, читайте нас на Medium, контрибьютьте на GitHub, общайтесь в группе Telegram, следите в Twitter и канале Telegram, рекомендуйте в VK и Facebook.

Глава на GitHub

devSchacht

Подкаст. Переводы. Веб-разработка.

Andrey Melikhov

Written by

Web-developer in big IT company Перевожу всё, до чего дотянусь. Иногда (но редко) пишу сам.

devSchacht

Подкаст. Переводы. Веб-разработка.

Andrey Melikhov

Written by

Web-developer in big IT company Перевожу всё, до чего дотянусь. Иногда (но редко) пишу сам.

devSchacht

Подкаст. Переводы. Веб-разработка.

Welcome to a place where words matter. On Medium, smart voices and original ideas take center stage - with no ads in sight. Watch
Follow all the topics you care about, and we’ll deliver the best stories for you to your homepage and inbox. Explore
Get unlimited access to the best stories on Medium — and support writers while you’re at it. Just $5/month. Upgrade

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store