非同步 JavaScript - 消除混亂

Hinweis: Ich habe das gesamte Thema Schritt für Schritt erklärt, Sie können aber jederzeit zu jedem Abschnitt springen, in dem Sie eine Frage haben oder einer Klärung bedürfen.

Bevor wir uns mit asynchronem Javascript befassen, ist es wichtig zu verstehen, was synchrones Javascript ist und warum wir eine asynchrone Methode zum Schreiben von Javascript-Code benötigen, oder?

Was ist synchrones JavaScript?

Bei der synchronen Programmierung werden Aufgaben nacheinander und sequentiell ausgeführt. Die nächste Aufgabe kann erst gestartet werden, nachdem die aktuelle Aufgabe abgeschlossen ist. Wenn eine Aufgabe lange dauert, muss alles andere warten.

Stellen Sie sich das vor, als würden Sie in einem Lebensmittelgeschäft in der Schlange stehen: Wenn die Person vor Ihnen viele Artikel hat und lange zum Auschecken braucht, müssen Sie warten, bis sie an der Reihe sind bevor Sie fortfahren können.

console.log("Start cooking");

for (let i = 0; i < 5; i++) {
  console.log("Cooking dish " + (i + 1));
}

console.log("Finish cooking");

Das passiert:

1. Es wird „Kochen beginnen“ angezeigt.

2. Dann tritt es in eine Schleife ein und druckt nacheinander jedes „Kochgericht X“ aus.

3. Erst nachdem die Schleife abgeschlossen ist, wird „Fertig kochen“ gedruckt.

In diesem Fall wird der Code der Reihe nach ausgeführt und nichts anderes kann passieren, bis die aktuelle Aufgabe (das Kochen jedes Gerichts) abgeschlossen ist. Stellen Sie sich vor, die Zubereitung eines Gerichts würde 10 Minuten dauern – alles andere müsste warten, bis dieses Gericht fertig ist.

Was ist asynchrones JavaScript?

Bei der asynchronen Programmierung können Aufgaben gestartet werden, und während sie noch ausgeführt werden (z. B. beim Warten auf Daten von einem Server), können andere Aufgaben weiter ausgeführt werden. Sie müssen nicht warten, bis eine Aufgabe abgeschlossen ist, bevor Sie mit der nächsten beginnen.

Stellen Sie es sich vor, als würden Sie eine Bestellung in einem Restaurant aufgeben: Sie bestellen Ihr Essen und während es zubereitet wird, können Sie weiter mit Ihren Freunden sprechen oder Ihr Telefon überprüfen. Sobald das Essen fertig ist, bringt es der Kellner zu Ihnen.

Beispiel für asynchronen Code:

console.log("Start cooking");

setTimeout(() => {
  console.log("Cooking is done!");
}, 3000); // Simulate a task that takes 3 seconds

console.log("Prepare other things while waiting");

Das passiert:

1. Es wird „Kochen beginnen“ angezeigt.

2. Die setTimeout-Funktion startet einen 3-Sekunden-Timer. Aber anstatt zu warten, geht JavaScript sofort zur nächsten Zeile über.

3. Es wird „Bereiten Sie andere Dinge vor, während Sie warten“ gedruckt.

4. Nach 3 Sekunden läuft der Timer ab und gibt „Kochen ist fertig!“ aus.

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Es gibt drei Hauptmethoden, um asynchrones JavaScript zu schreiben:

1. Rückrufe

2. Versprechen

3. Asynchron/Warten

Dies sind die primären Ansätze für den Umgang mit asynchronem Code in JavaScript.

Rückrufe

Eine Callback-Funktion in JavaScript ist eine Funktion, die Sie als Argument an eine andere Funktion übergeben. Die Grundidee besteht darin, dass Sie eine Funktion als Argument an eine andere Funktion übergeben oder definieren und diese übergebene Funktion als „Callback-Funktion“ bezeichnet wird. Der Rückruf wird aufgerufen (oder „aufgerufen“), nachdem eine bestimmte Aufgabe abgeschlossen ist, oft nach einer asynchronen Aufgabe, wie dem Abrufen von Daten von einem Server.

Dadurch kann Ihre Hauptfunktion weiterhin andere Dinge tun, ohne auf den Abschluss der Aufgabe warten zu müssen. Wenn die Aufgabe erledigt ist, wird der Rückruf ausgelöst, um das Ergebnis zu verarbeiten.

function mainFunc(callback){
  console.log("this is set before setTimeout")
  callback()
  console.log("this is set after setTimeout")
}

function cb(){
  setTimeout(()=>{
    console.log("This is supposed to be painted after 3 second")
  },3000)
}

mainFunc(cb)

Dieser Code demonstriert das Callback-Konzept in JavaScript. So funktioniert es:

1. mainFunc nimmt eine Callback-Funktion als Argument.

2. Innerhalb von mainFunc wird der Callback sofort ausgeführt, aber da der Callback selbst (die cb-Funktion) ein setTimeout enthält, plant er die Ausführung von console.log danach 3 Sekunden.

3. Währenddessen fährt mainFunc mit der Ausführung fort und druckt Nachrichten vor und nach dem Aufruf des Rückrufs.

4. Nach 3 Sekunden ist setTimeout im Rückruf beendet und die verzögerte Nachricht wird gedruckt.

Dies zeigt, wie die Hauptfunktion ihre Aufgaben fortsetzt, ohne auf den Abschluss des asynchronen Vorgangs (die 3-Sekunden-Verzögerung im Rückruf) zu warten.

Was ist eine Callback-Hölle und wann passiert sie?

Callback-Hölle bezieht sich auf eine Situation in JavaScript, in der mehrere Callbacks auf unüberschaubare Weise ineinander verschachtelt sind, was das Lesen, Warten und Debuggen des Codes erschwert. Es sieht oft wie eine Pyramide verschachtelter Funktionen aus, bei der jede asynchrone Operation auf der Fertigstellung der vorherigen Operation beruht, was zu tief verschachtelten Rückrufen führt.

Die Callback-Hölle tritt normalerweise auf, wenn mehrere asynchrone Aufgaben nacheinander ausgeführt werden müssen und jede Aufgabe vom Ergebnis der vorherigen abhängt. Wenn weitere Aufgaben hinzugefügt werden, wird der Code zunehmend eingerückt und schwieriger zu befolgen, was zu einer unordentlichen und komplexen Struktur führt.

getData((data) => {
  processData(data, (processedData) => {
    saveData(processedData, (savedData) => {
      notifyUser(savedData, () => {
        console.log("All tasks complete!");
      });
    });
  });
});

Here, each task is dependent on the previous one, leading to multiple levels of indentation and difficult-to-follow logic. If there’s an error at any point, handling it properly becomes even more complex.

To rescue you from callback hell, modern JavaScript provides solutions like:

1. Promises – which flatten the code and make it more readable.

2. Async/Await – which simplifies chaining asynchronous operations and makes the code look synchronous.

Promises

A Promise in JavaScript is an object that represents the eventual completion (or failure) of an asynchronous operation and its result. It’s like a promise you make in real life: something may not happen immediately, but you either fulfill it or fail to fulfill it.

In JavaScript, Promises allow you to write asynchronous code in a cleaner way, avoiding callback hell. A Promise is created using the new Promise syntax, and it takes a function (which is constructor function) with two parameters: resolve (if the task is successful) and reject (if it fails).

const myPromise = new Promise((resolve, reject) => {
  // Simulating an asynchronous task like fetching data
  const success = true; // Change to false to simulate failure

  setTimeout(() => {
    if (success) {
      resolve("Task completed successfully!"); // Success
    } else {
      reject("Task failed!"); // Failure
    }
  }, 2000); // 2-second delay
});

Here:

• The promise simulates a task that takes 2 seconds.

• If the task is successful (success is true), it calls resolve with a message.

• If it fails (success is false), it calls reject with an error message.

How to handle a Promise

To handle the result of a Promise, we use two methods:

• .then() for a successful result (when the Promise is fulfilled).

• .catch() for an error (when the Promise is rejected).
  

myPromise
  .then((message) => {
    console.log(message); // "Task completed successfully!" (if resolve was called)
  })
  .catch((error) => {
    console.log(error); // "Task failed!" (if reject was called)
  });

Chaining in Promises

Promises allow you to chain asynchronous operations using the .then() method, which makes the code more linear and easier to follow. Each .then() represents a step in the asynchronous process. The .catch() method allows you to centralize error handling at the end of the promise chain, making it more organized.

fetchData()
  .then(data => processData1(data))
  .then(result1 => processData2(result1))
  .then(result2 => processData3(result2))
  .catch(error => handleError(error));

Promises promote a more readable and maintainable code structure by avoiding deeply nested callbacks. The chaining and error-handling mechanisms contribute to a clearer and more organized codebase.

// Callback hell
fetchData1(data1 => {
  processData1(data1, result1 => {
    fetchData2(result1, data2 => {
      processData2(data2, result2 => {
        fetchData3(result2, data3 => {
          processData3(data3, finalResult => {
            console.log("Final result:", finalResult);
          });
        });
      });
    });
  });
});

// Using Promises
fetchData1()
  .then(result1 => processData1(result1))
  .then(data2 => fetchData2(data2))
  .then(result2 => processData2(result2))
  .then(data3 => fetchData3(data3))
  .then(finalResult => {
    console.log("Final result:", finalResult);
  })
  .catch(error => handleError(error));

finally Method

The finally method is used to execute code, regardless of whether the Promise is resolved or rejected.

myPromise
  .then((data) => {
    console.log("Data:", data);
  })
  .catch((error) => {
    console.error("Error:", error);
  })
  .finally(() => {
    console.log("Finally block"); // This runs no matter what
  });

If the promise is fulfilled (i.e., it successfully gets data), the .then() method will be executed. On the other hand, if the promise encounters an error, the .catch() method will be called to handle the error. However, the .finally() method has no such condition—it will always be executed, regardless of whether the promise was resolved or rejected. Whether the .then() or .catch() is triggered, the .finally() block will definitely run at the end.

It's useful for cleaning up resources, stopping loading indicators, or doing something that must happen after the promise completes, regardless of its result.

JavaScript Promise Methods

JavaScript provides several Promise methods that make working with asynchronous tasks more flexible and powerful. These methods allow you to handle multiple promises, chain promises, or deal with various outcomes in different ways

Method	Description
all (iterable)	Waits for all promises to be resolved or any one to be rejected.
allSettled (iterable)	Waits until all promises are either resolved or rejected.
any (iterable)	Returns the promise value as soon as any one of the promises is fulfilled.
race (iterable)	Waits until any of the promises is resolved or rejected.
reject (reason)	Returns a new promise object that is rejected for the given reason.
resolve (value)	Returns a new promise object that is resolved with the given value.

Promise.all() - Parallel Execution

You can use Promise.all() to execute multiple asynchronous operations concurrently and handle their results collectively.

This method takes an array of promises and runs them in parallel which returns a new Promise. This new Promise fulfils with an array of resolved values when all the input Promises have fulfilled, or rejects with the reason of the first rejected Promise.

Copy code
const promise1 = Promise.resolve(10);
const promise2 = Promise.resolve(20);
const promise3 = Promise.resolve(30);

Promise.all([promise1, promise2, promise3]).then((values) => {
  console.log(values); // [10, 20, 30]
});

If one of the promises rejects, the whole Promise.all() will reject:

const promise1 = Promise.resolve(10);
const promise2 = Promise.reject("Error!");

Promise.all([promise1, promise2])
  .then((values) => {
    console.log(values);
  })
  .catch((error) => {
    console.log(error); // "Error!"
  });

Promise.allSettled()

This method takes an array of promises and returns a new promise after all of them finish their execution, whether they succeed or fail. Unlike Promise.all(), it doesn't fail if one promise fails. Instead, it waits for all the promises to complete and gives you an array of results that show if each one succeeded or failed.

It’s useful when you want to know the result of every promise, even if some fail.

const promise1 = Promise.resolve("Success!");
const promise2 = Promise.reject("Failure!");

Promise.allSettled([promise1, promise2]).then((results) => {
  console.log(results);
  // [{ status: 'fulfilled', value: 'Success!' }, { status: 'rejected', reason: 'Failure!' }]
});

Promise.any()

Promise.any() takes an array of promises and returns a promise that resolves as soon as any one promise resolves. If all input Promises are rejected, then Promise.any() rejects with an AggregateError containing an array of rejection reasons.

It’s useful when you need just one successful result from multiple promises.

const promise1 = fetchData1();
const promise2 = fetchData2();
const promise3 = fetchData3();

Promise.any([promise1, promise2, promise3])
  .then((firstFulfilledValue) => {
    console.log("First promise fulfilled with:", firstFulfilledValue);
  })
  .catch((allRejectedReasons) => {
    console.error("All promises rejected with:", allRejectedReasons);
  });

Promise.race()

This method takes an array of promises and returns a new promise that resolves or rejects as soon as the first promise settles (either resolves or rejects).

It’s useful when you want the result of the fastest promise, ignoring the others.

const promise1 = new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, 100, "First"));
const promise2 = new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, 200, "Second"));

Promise.race([promise1, promise2]).then((value) => {
  console.log(value); // "First" (because promise1 resolves first)
});

Promise.resolve()

This method immediately resolves a promise with a given value. It’s useful for creating a promise that you already know will be fulfilled.

const resolvedPromise = Promise.resolve("Resolved!");
resolvedPromise.then((value) => {
  console.log(value); // "Resolved!"
});

Promise.reject()

This method immediately rejects a promise with a given error or reason. It’s useful for creating a promise that you know will fail.

const rejectedPromise = Promise.reject("Rejected!");
rejectedPromise.catch((error) => {
  console.log(error); // "Rejected!"
});

I hope you have no confusion regarding promises after carefully reading this explanation of promises. Now, it’s time to move on Async/Await.

Async/Await

async / await is a modern way to handle asynchronous operations in JavaScript, introduced in ES2017 (ES8). It’s built on top of Promises but provides a cleaner and more readable syntax, making asynchronous code look and behave more like synchronous code. This makes it easier to understand and debug.

How async and await Work

When you declare a function with the async keyword, it always returns a Promise. Even if you don't explicitly return a promise, JavaScript wraps the return value inside a resolved promise.

The await keyword can only be used inside an async function. It makes JavaScript wait for the promise to resolve before moving on to the next line of code. It “pauses” the execution of the function, allowing you to handle asynchronous tasks more sequentially, just like synchronous code.

Let’s look at a simple example to see how this works:

async function fetchData() {
  try {
    const response = await fetch("https://api.example.com/data");
    const data = await response.json();
    console.log("Data:", data);
  } catch (error) {
    console.error("Error fetching data:", error);
  } finally {
    console.log("Fetch operation complete");
  }
}

fetchData();

How it works:

1. async function: Since fetchData function is marked as async, that means it returns a promise.

2. await fetch(): The await pauses the execution of the function until the promise returned by fetch() resolves. It then continues with the next line after the promise is resolved.

3. try/catch: We use a try/catch block to handle any potential errors during the async operation.

4. finally: Regardless of success or failure, the finally block will execute.

Why Use async / await?

With async/await, your code becomes more readable and flows more naturally. This makes it easier to follow the logic, especially when dealing with multiple asynchronous operations.

Compare this to handling promises with .then():

fetch("https://api.example.com/data")
  .then(response => response.json())
  .then(data => {
    console.log("Data:", data);
  })
  .catch(error => {
    console.error("Error fetching data:", error);
  })
  .finally(() => {
    console.log("Fetch operation complete");
  });

The async/await version looks cleaner and easier to understand. async/await helps avoid the nesting of callbacks or .then() chains, making your code more linear and easier to follow.

Example with Multiple await

You can also handle multiple asynchronous tasks in a sequence without needing to chain promises.

async function processOrders() {
  const user = await getUserDetails();  // Waits for user details
  const orders = await getOrders(user.id);  // Waits for orders
  console.log("Orders:", orders);
}

processOrders();

In this example, the function waits for each task to finish before moving on to the next, just like how synchronous code would behave.

Parallel Execution with Promise.all() and async/await

If you want to perform multiple asynchronous operations at the same time (in parallel), you can still use Promise.all() with async/await:

async function getAllData() {
  const [user, orders] = await Promise.all([getUserDetails(), getOrders()]);
  console.log("User:", user);
  console.log("Orders:", orders);
}

Here, both getUserDetails() and getOrders() run simultaneously, and the function waits for both to finish before logging the results.

Conclusion

In JavaScript, handling asynchronous operations has evolved over time, offering different tools to make code more manageable and efficient. Callbacks were the first approach, but as the complexity of code grew, they often led to issues like "callback hell." Promises came next, providing a cleaner, more structured way to manage async tasks with .then() and .catch(), improving readability and reducing nesting.

Finally, async/await was introduced as a modern syntax built on promises, making asynchronous code look more like synchronous code. It simplifies the process even further, allowing for easier-to-read, more maintainable code. Each of these techniques plays an important role in JavaScript, and mastering them helps you write more efficient, clear, and robust code.

Understanding when to use each method—callbacks for simple tasks, promises for structured handling, and async/await for readable, scalable async code—will empower you to make the best choices for your projects.

My Last Words

I used to get confused by the concept of promises, especially the different methods of promises. Callbacks were a big challenge for me because the syntax always seemed very confusing. So, I read various sources online, including chatbots, to come up with this description. To be honest, chatbots don’t always provide a straight and understandable answer. So, I didn’t just copy and paste from different places—I simplified everything so that it can serve as a clear note for me and for anyone else who has difficulty grasping these concepts. I hope this note leaves you with zero confusion.

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