JavaScript 中如何實現併發控制？

一、併發控制簡介

在日常開發過程中，你可能會遇到併發控制的場景，比如控制請求併發數。那麼在 JavaScript 中如何實現併發控制呢？在回答這個問題之前，我們來簡單介紹一下併發控制。

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，即最多隻有 2 個任務能同時執行。當 正在執行任務列表 中的任何 1 個任務完成後，程序會自動從 待辦任務列表 中獲取新的待辦任務並把該任務添加到 正在執行任務列表 中。爲了讓大家能夠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，介紹完併發控制之後，阿寶哥將以 Github 上 async-pool 這個庫來介紹一下異步任務併發控制的具體實現。

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

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

二、併發控制的實現

async-pool 這個庫提供了 ES7 和 ES6 兩種不同版本的實現，在分析其具體實現之前，我們來看一下它如何使用。

2.1 asyncPool 的使用

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

在以上代碼中，我們使用 async-pool 這個庫提供的 asyncPool 函數來實現異步任務的併發控制。asyncPool 函數的簽名如下所示：

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

該函數接收 3 個參數：

對於以上示例來說，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]`.

通過觀察以上的註釋信息，我們可以大致地瞭解 asyncPool 函數內部的控制流程。下面我們先來分析 asyncPool 函數的 ES7 實現。

2.2 asyncPool ES7 實現

async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
  const ret = []; // 存儲所有的異步任務
  const executing = []; // 存儲正在執行的異步任務
  for (const item of array) {
    // 調用iteratorFn函數創建異步任務
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
    ret.push(p); // 保存新的異步任務

    // 當poolLimit值小於或等於總任務個數時，進行併發控制
    if (poolLimit <= array.length) {
      // 當任務完成後，從正在執行的任務數組中移除已完成的任務
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
      executing.push(e); // 保存正在執行的異步任務
      if (executing.length >= poolLimit) {
        await Promise.race(executing); // 等待較快的任務執行完成
      }
    }
  }
  return Promise.all(ret);
}

在以上代碼中，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，最終實現了併發控制的功能。利用 await Promise.race(executing); 這行語句，我們會等待 正在執行任務列表 中較快的任務執行完成之後，纔會繼續執行下一次循環。

asyncPool ES7 實現相對比較簡單，接下來我們來看一下不使用 async await 特性要如何實現同樣的功能。

2.3 asyncPool ES6 實現

function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
  let i = 0;
  const ret = []; // 存儲所有的異步任務
  const executing = []; // 存儲正在執行的異步任務
  const enqueue = function () {
    if (i === array.length) {
      return Promise.resolve();
    }
    const item = array[i++]; // 獲取新的任務項
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
    ret.push(p);

    let r = Promise.resolve();

    // 當poolLimit值小於或等於總任務個數時，進行併發控制
    if (poolLimit <= array.length) {
      // 當任務完成後，從正在執行的任務數組中移除已完成的任務
      const e = p.then(() => executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
      executing.push(e);
      if (executing.length >= poolLimit) {
        r = Promise.race(executing); 
      }
    }
 
    // 正在執行任務列表 中較快的任務執行完成之後，纔會從array數組中獲取新的待辦任務
    return r.then(() => enqueue());
  };
  return enqueue().then(() => Promise.all(ret));
}

在 ES6 的實現版本中，通過內部封裝的 enqueue 函數來實現核心的控制邏輯。當 Promise.race(executing) 返回的 Promise 對象變成已完成狀態時，纔會調用 enqueue 函數，從 array 數組中獲取新的待辦任務。

三、阿寶哥有話說

在 asyncPool 這個庫的 ES7 和 ES6 的具體實現中，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。剛好趁着這個機會，阿寶哥跟大家一起來手寫簡易版的 Promise.all 和 Promise.race 函數。

3.1 手寫 Promise.all

Promise.all(iterable) 方法會返回一個 promise 對象，當輸入的所有 promise 對象的狀態都變成 resolved 時，返回的 promise 對象就會以數組的形式，返回每個 promise 對象 resolve 後的結果。當輸入的任何一個 promise 對象狀態變成 rejected 時，則返回的 promise 對象會 reject 對應的錯誤信息。

Promise.all = function (iterators) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    if (!iterators || iterators.length === 0) {
      resolve([]);
    } else {
      let count = 0; // 計數器，用於判斷所有任務是否執行完成
      let result = []; // 結果數組
      for (let i = 0; i < iterators.length; i++) {
        // 考慮到iterators[i]可能是普通對象，則統一包裝爲Promise對象
        Promise.resolve(iterators[i]).then(
          (data) => {
            result[i] = data; // 按順序保存對應的結果
            // 當所有任務都執行完成後，再統一返回結果
            if (++count === iterators.length) {
              resolve(result);
            }
          },
          (err) => {
            reject(err); // 任何一個Promise對象執行失敗，則調用reject()方法
            return;
          }
        );
      }
    }
  });
};

需要注意的是對於 Promise.all 的標準實現來說，它的參數是一個可迭代對象，比如 Array、String 或 Set 等。

3.2 手寫 Promise.race

Promise.race(iterable) 方法會返回一個 promise 對象，一旦迭代器中的某個 promise 對象 resolved 或 rejected，返回的 promise 對象就會 resolve 或 reject 相應的值。

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);
        });
    }
  });
};

本文阿寶哥帶大家詳細分析了 async-pool 異步任務併發控制的具體實現，同時爲了讓大家能夠更好地理解 async-pool 的核心代碼。最後阿寶哥還帶大家一起手寫簡易版的 Promise.all 和 Promise.race 函數。其實除了 Promise.all 函數之外，還存在另一個函數 —— Promise.allSettled，該函數用於解決 Promise.all 存在的問題，感興趣的小夥伴可以自行研究一下。

四、參考資源

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/yWOPoef9ixuSBWApZQhjIg

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