什麼是並發控制？ JavaScript中如何實現並發控制？

在日常開發過程中，你可能會遇到並發控制的場景，例如控制請求並發數。那麼在 JavaScript 中如何實現並發控制呢？在回答這個問題之前，我們來先簡單介紹一下並發控制。

假設有 6 個待辦任務要執行，而我們希望限制同時執行的任務個數，也就是最多只有 2 個任務能同時執行。當正在執行任務清單 中的任何1 個任務完成後，程式會自動從待辦事項清單 中取得新的待辦任務並將該任務加入正在執行任務清單 中。為了讓大家更直觀地理解上述的過程，阿寶哥特意畫了以下3 張圖：

1.1 階段一

##1.2 階段二

#1.3 階段三

好的，介紹完並發控制之後，阿寶哥將以Github 上

async-pool 這個函式庫來介紹一下非同步任務並發控制的具體實作。

async-pool：https://github.com/rxaviers/async-pool

Run multiple promise-returning & async functions with limited concurrency using native ES6/ ES7。

二、並發控制的實作

async-pool 這個函式庫提供了ES7 和ES6 兩個不同版本的實現，在分析其在具體實作之前，我們先來看看它如何使用。

2.1 asyncPool 的使用

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i));
await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout);

在上述程式碼中，我們使用

async-pool 這個函式庫提供的asyncPool函數來實現非同步任務的並發控制。 asyncPool 函數的簽章如下所示：

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn){ ... }

此函數接收3 個參數：

• poolLimit（數字型別）：表示限制的並發數；
• array（數組類型）：表示任務數組；
• iteratorFn（函數類型）：表示迭代函數，用於實作對每個任務項目進行處理，函數會傳回一個Promise 物件或非同步函數。

對於上述範例來說，在使用了

asyncPool 函數之後，對應的執行過程如下所示：

const timeout = i => new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(i), i));
await asyncPool(2, [1000, 5000, 3000, 2000], timeout);
// Call iterator (i = 1000)
// Call iterator (i = 5000)
// Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete...
// 1000 finishes
// Call iterator (i = 3000)
// Pool limit of 2 reached, wait for the quicker one to complete...
// 3000 finishes
// Call iterator (i = 2000)
// Itaration is complete, wait until running ones complete...
// 5000 finishes
// 2000 finishes
// Resolves, results are passed in given array order `[1000, 5000, 3000, 2000]`.

透過觀察以上的註解信息，我們可以大致了解

asyncPool 函數內部的控制流程。下面我們先來分析 asyncPool 函數的 ES7 實作。

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2.2 asyncPool ES7 實作

async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
  const ret = []; // 存储所有的异步任务
  const executing = []; // 存储正在执行的异步任务
  for (const item of array) {
    // 调用iteratorFn函数创建异步任务
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
    ret.push(p); // 保存新的异步任务

    // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时，进行并发控制
    if (poolLimit <= array.length) {
      // 当任务完成后，从正在执行的任务数组中移除已完成的任务
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
      executing.push(e); // 保存正在执行的异步任务
      if (executing.length >= poolLimit) {
        await Promise.race(executing); // 等待较快的任务执行完成
      }
    }
  }
  return Promise.all(ret);
}

在上述程式碼中，充分利用了

Promise.all 和Promise.race 函數特點，再結合ES7 中提供的async await 特性，最終實現了同時控制的功能。利用 await Promise.race(executing); 這行語句，我們會等待 正在執行任務清單 中較快的任務執行完成之後，才會繼續執行下一次迴圈。

asyncPool ES7 實作相對比較簡單，接下來我們來看看不使用

async await 特性要如何實現同樣的功能。

2.3 asyncPool ES6 實作

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
  let i = 0;
  const ret = []; // 存储所有的异步任务
  const executing = []; // 存储正在执行的异步任务
  const enqueue = function () {
    if (i === array.length) {
      return Promise.resolve();
    }
    const item = array[i++]; // 获取新的任务项
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
    ret.push(p);

    let r = Promise.resolve();

    // 当poolLimit值小于或等于总任务个数时，进行并发控制
    if (poolLimit <= array.length) {
      // 当任务完成后，从正在执行的任务数组中移除已完成的任务
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
      executing.push(e);
      if (executing.length >= poolLimit) {
        r = Promise.race(executing); 
      }
    }
 
    // 正在执行任务列表 中较快的任务执行完成之后，才会从array数组中获取新的待办任务
    return r.then(() => enqueue());
  };
  return enqueue().then(() => Promise.all(ret));
}

在 ES6 的實作版本中，透過內部封裝的

enqueue 函式來實現核心的控制邏輯。當Promise.race(executing) 傳回的Promise 物件變成已完成狀態時，才會呼叫enqueue 函數，從array數組中取得新的待辦任務。

三、阿寶哥有話說

在

asyncPool 這個函式庫的ES7 和ES6 的具體實作中，我們都使用到了Promise.all 和Promise.race 函數。其中手寫 Promise.all 是一道常見的面試題。剛好趁著這個機會，阿寶哥跟大家一起來手寫簡易版的 Promise.all 和 Promise.race 函數。

3.1 手写 Promise.all

Promise.all(iterable) 方法会返回一个 promise 对象，当输入的所有 promise 对象的状态都变成 resolved 时，返回的 promise 对象就会以数组的形式，返回每个 promise 对象 resolve 后的结果。当输入的任何一个 promise 对象状态变成 rejected 时，则返回的 promise 对象会 reject 对应的错误信息。

Promise.all = function (iterators) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    if (!iterators || iterators.length === 0) {
      resolve([]);
    } else {
      let count = 0; // 计数器，用于判断所有任务是否执行完成
      let result = []; // 结果数组
      for (let i = 0; i < iterators.length; i++) {
        // 考虑到iterators[i]可能是普通对象，则统一包装为Promise对象
        Promise.resolve(iterators[i]).then(
          (data) => {
            result[i] = data; // 按顺序保存对应的结果
            // 当所有任务都执行完成后，再统一返回结果
            if (++count === iterators.length) {
              resolve(result);
            }
          },
          (err) => {
            reject(err); // 任何一个Promise对象执行失败，则调用reject()方法
            return;
          }
        );
      }
    }
  });
};

需要注意的是对于 Promise.all 的标准实现来说，它的参数是一个可迭代对象，比如 Array、String 或 Set 等。

3.2 手写 Promise.race

Promise.race(iterable) 方法会返回一个 promise 对象，一旦迭代器中的某个 promise 对象 resolved 或 rejected，返回的 promise 对象就会 resolve 或 reject 相应的值。

Promise.race = function (iterators) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    for (const iter of iterators) {
      Promise.resolve(iter)
        .then((res) => {
          resolve(res);
        })
        .catch((e) => {
          reject(e);
        });
    }
  });
};

本文阿宝哥带大家详细分析了 async-pool 异步任务并发控制的具体实现，同时为了让大家能够更好地理解 async-pool 的核心代码。最后阿宝哥还带大家一起手写简易版的 Promise.all 和 Promise.race 函数。其实除了 Promise.all 函数之外，还存在另一个函数 —— Promise.allSettled，该函数用于解决 Promise.all 存在的问题，感兴趣的小伙伴可以自行研究一下。

四、参考资源

• Github - async-pool
• MDN - Promise.all
• MDN - Promise.race
• MDN - Promise.allSettled

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