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JavaScript佇列函式和非同步執行

編輯注:在Review別人的JavaScript程式碼時曾看到過類似的佇列函式,不太理解,原來這個是為了保證函式按順序呼叫。讀了這篇文章之後,發現還可以用在非同步執行等。

假設你有幾個函式fn1、fn2和fn3需要按順序呼叫,最簡單的方式當然是:

fn1();
fn2();
fn3();

但有時候這些函式是執行時一個個新增進來的,呼叫的時候並不知道都有些什麼函式;這個時候可以預先定義一個數組,新增函式的時候把函式push 進去,需要的時候從陣列中按順序一個個取出來,依次呼叫:

var stack = [];
// 執行其他操作,定義fn1
stack.push(fn1);
// 執行其他操作,定義fn2、fn3
stack.push(fn2, fn3); // 呼叫的時候 stack.forEach(function(fn) { fn() });

這樣函式有沒名字也不重要,直接把匿名函式傳進去也可以。來測試一下:

var stack = [];

function fn1() {
    console.log('第一個呼叫');
}
stack.push(fn1);

function fn2() {
    console.log('第二個呼叫');
}
stack.push(fn2, function() { console.log('第三個呼叫') });

stack.forEach(function
(fn)
{ fn() }); // 按順序輸出'第一個呼叫''第二個呼叫''第三個呼叫'

這個實現目前為止工作正常,但我們忽略了一個情況,就是非同步函式的呼叫。非同步是JavaScript 中無法避免的一個話題,這裡不打算探討JavaScript 中有關非同步的各種術語和概念,請讀者自行查閱(例如某篇著名的評註)。如果你知道下面程式碼會輸出1、3、2,那請繼續往下看:

console.log(1);

setTimeout(function() {
    console.log(2);
}, 0);

console.log(3);

假如stack 佇列中有某個函式是類似的非同步函式,我們的實現就亂套了:

var stack = [];

function fn1() { console.log('第一個呼叫') };
stack.push(fn1);

function fn2() {
    setTimeout(function fn2Timeout() {
         console.log('第二個呼叫');
    }, 0);
}
stack.push(fn2, function() { console.log('第三個呼叫') });

stack.forEach(function(fn) { fn() }); // 輸出'第一個呼叫''第三個呼叫''第二個呼叫'

問題很明顯,fn2確實按順序呼叫了,但setTimeout裡的function fn2Timeout() { console.log(‘第二個呼叫’) }卻不是立即執行的(即使把timeout 設為0);fn2呼叫之後馬上返回,接著執行fn3,fn3執行完了然才真正輪到fn2Timeout。
怎麼解決?我們分析下,這裡的關鍵在於fn2Timeout,我們必須等到它真正執行完才呼叫fn3,理想情況下大概像這樣:

function fn2() {
    setTimeout(function() {
        fn2Timeout();
        fn3();
    }, 0);
}

但這樣做相當於把原來的fn2Timeout整個拿掉換成一個新函式,再把原來的fn2Timeout和fn3插進去。這種動態改掉原函式的寫法有個專門的名詞叫Monkey Patch。按我們程式設計師的口頭禪:“做肯定是能做”,但寫起來有點擰巴,而且容易把自己繞進去。有沒更好的做法?
我們退一步,不強求等fn2Timeout完全執行完才去執行fn3,而是在fn2Timeout函式體的最後一行去呼叫:

function fn2() {
    setTimeout(function fn2Timeout() {
        console.log('第二個呼叫');
        fn3();       // 注{1}
    }, 0);
}

這樣看起來好了點,不過定義fn2的時候都還沒有fn3,這fn3哪來的?

還有一個問題,fn2裡既然要呼叫fn3,那我們就不能通過stack.forEach去呼叫fn3了,否則fn3會重複呼叫兩次。

我們不能把fn3寫死在fn2裡。相反,我們只需要在fn2Timeout末尾裡找出stack中fn2的下一個函式,再呼叫:

function fn2() {
    setTimeout(function fn2Timeout() {
        console.log('第二個呼叫');
        next();
    }, 0);
}

這個next函式負責找出stack 中的下一個函式並執行。我們現在來實現next:

var index = 0;

function next() {
    var fn = stack[index];
    index = index + 1; // 其實也可以用shift 把fn 拿出來
    if (typeof fn === 'function') fn();
}
next通過stack[index]去獲取stack中的函式,每呼叫next一次index會加1,從而達到取出下一個函式的目的。

next這樣使用:

var stack = [];

// 定義index 和next

function fn1() {
    console.log('第一個呼叫');
    next();  // stack 中每一個函式都必須呼叫`next`
};
stack.push(fn1);

function fn2() {
    setTimeout(function fn2Timeout() {
         console.log('第二個呼叫');
         next();  // 呼叫`next`
    }, 0);
}
stack.push(fn2, function() {
    console.log('第三個呼叫');
    next(); // 最後一個可以不呼叫,呼叫也沒用。
});

next(); // 呼叫next,最終按順序輸出'第一個呼叫''第二個呼叫''第三個呼叫'。
現在stack.forEach一行已經刪掉了,我們自行呼叫一次nextnext會找出stack中的第一個函式fn1執行,fn1 裡呼叫next,去找出下一個函式fn2並執行,fn2裡再呼叫next,依此類推。

每一個函式裡都必須呼叫next,如果某個函式裡不寫,執行完該函式後程序就會直接結束,沒有任何機制繼續。

瞭解了函式佇列的這個實現後,你應該可以解決下面這道面試題了:

// 實現一個LazyMan,可以按照以下方式呼叫:
LazyMan(“Hank”)
/* 輸出: 
Hi! This is Hank!
*/

LazyMan(“Hank”).sleep(10).eat(“dinner”)輸出
/* 輸出: 
Hi! This is Hank!
// 等待10秒..
Wake up after 10
Eat dinner~
*/

LazyMan(“Hank”).eat(“dinner”).eat(“supper”)
/* 輸出: 
Hi This is Hank!
Eat dinner~
Eat supper~
*/

LazyMan(“Hank”).sleepFirst(5).eat(“supper”)
/* 等待5秒,輸出
Wake up after 5
Hi This is Hank!
Eat supper
*/

// 以此類推。
Node.js 中大名鼎鼎的connect框架正是這樣實現中介軟體佇列的。有興趣可以去看看它的原始碼或者這篇解讀《何為 connect 中介軟體》。

細心的你可能看出來,這個next暫時只能放在函式的末尾,如果放在中間,原來的問題還會出現:

function fn() {
    console.log(1);
    next();
    console.log(2); // next()如果呼叫了非同步函式,console.log(2)就會先執行
}

redux 和koa 通過不同的實現,可以讓next放在函式中間,執行完後面的函式再折回來執行next下面的程式碼,非常巧妙。有空再寫寫。

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