似是而非的JS - 非同步調用可以轉化為同步調用嗎？

源起

小飛是一名剛入行前端不久的新人，因為進到了某個大公司，儼然成為了學弟學妹眼中大神，大家遇到js問題都喜歡問他，這不，此時他的qq彈出了這樣一條消息

"hi,大神在嗎？我有個問題想問，現在我們的代碼裡面有這樣的東西,可是得不到正確的返回結果

function getDataByAjax () {nreturn $.ajax(...postParam)n}nvar data = getDataByAjax()nif (data) {n console.log(data.info)n}n

"哦，你這裡是非同步調用，不能直接獲得返回值，你要把if語句寫到回調函數中",小飛不假思索的說到，對於一個『專業』的fe來說，這根本不是一個問題。

「可是我希望只是改造getDataByAjax這個方法，讓後面的代碼成立。」

「研究這個沒有意義，非同步是js的精髓，同步的話會阻塞js調用，超級慢的，但是你要一再堅持的話，用async:true就好了」

「不愧是大神，我回去立刻試一試，么么噠」

兩天後，她哭喪著臉登上了qq

「試了一下你的方法，但是根本行不通，哭~~」

「別急，我看看你這個postParam的參數行嗎」

{n...n dataType: jsonp,nasync: truen...n}n

"這是一個jsonp請求啊，老掉牙的東西了，，jsonp請求是沒有辦法同步的"

「我知道jsonp請求的原理是通過script標籤實現的，但是，你看，script也是支持同步的呀，你看http://www.w3school.com.cn/tags/attscriptasync.asp」

「額，那可能是jquery沒有實現吧，哈哈」

「大神，你能幫我實現一個jsonp的同步調用方式嘛，拜託了(星星眼)」

雖然他有點奇怪jquery為什麼沒有實現，但是既然w3school的標準擺在那裡，碼兩行代碼又沒什麼，

export const loadJsonpSync = (url) => {nvar result;n window.callback1 = (data) => (result = data)nlet head = window.document.getElementsByTagName(head)[0]nlet js = window.document.createElement(script)n js.setAttribute(type, text/javascript)n js.setAttribute(async, sync)nnn// 這句顯式聲明強調src不是按照非同步方式調用的n js.setAttribute(src, url)n head.appendChild(js)nreturn resultn}n

額，運行起來結果竟然是undefined！w3cshool的文檔竟然也不準，還權威呢，我看也不怎麼著，小飛暗自想到。

「剛才試了一下，w3school文檔上寫的有問題，這個非同步屬性根本就是錯的」

「可是我剛還試過一次這個，我確認是好的呀」

<script src="loop50000 && put(frist).js"></script>n<script src="put(second).js"></script>n

(有興趣的同學可以實現以下兩個js，並且加上async的標籤進行嘗試。)

「這個，我就搞不清楚了」，小飛訕訕的說到

對方已離線

抽象

關於這個問題，相信不只是小飛，很多人都難以解答。為什麼ajax可以做到同步，但jsonp不行，推廣到nodejs上，為什麼readFile也可以做到同步(readFileSync)，但有的庫卻不行。

（至於script的async選項我們暫時避而不談，是因為現在的知識維度暫時還不夠，但是不要著急，下文中會給出明確的解釋）

現在，讓我們以計算機科學的角度抽象這個問題：

我們是否可以將非同步代碼轉化為同步代碼呢？(ASYNCCALL => SYNCCALL)

既然是抽象問題，那麼我們就可以不從工程角度/性能角度/實現語言等等等方面來看(同步比非同步效率低下),每增加一個維度，複雜程度將以幾何爆炸般增長下去。

首先，我們來明確一點，==在計算機科學領域==同步和非同步的定義

同步（英語：Synchronization），指對在一個系統中所發生的事件（event）之間進行協調，在時間上出現一致性與統一化的現象。在系統中進行同步，也被稱為及時（in time）、同步化的（synchronous、in sync）。--摘自百度百科

非同步的概念和同步相對。即時間不一致，不統一

明確了這一點，我們可以藉助甘特圖來表示同步和非同步

其中t1和t2是同步的，t1和t3是非同步的。

答案就在操作系統原理的大學教材上，我們有自旋鎖，信號量來解決問題，偽代碼如下

spinLock () {n// 自旋鎖n fork Wait 3000 unlock() //開啟一個非同步線程，等待三秒後執行解鎖動作n loop until unlock // 不斷進行空循環直到解鎖動作nPut 『unlock』n}nn//pv原語，當信號量為假時立即執行下一步，同時將信號量置真n//反之將當前執行棧掛起，置入等待喚醒隊列n//uv原語，將信號量置為假，並從等待喚醒隊列中喚醒一個執行棧nSemaphore () {n pv()n fork Wait 3000 uv()n pv()n uv()nPut unlockn}n

很好，至此都可以在操作系統原理的教材上翻到答案。於是我們在此基礎上添加約束條件

僅僅依賴於js本身，我們是否可以將非同步代碼轉化為同步代碼呢？(ASYNCCALL => SYNCCALL)

論證

帶著這個問題，我們翻看一下jquery的源碼

https://github.com/jquery/jquery/blob/262acc6f1e0f71a3a8b786e3c421b2e645799ea0/src/ajax/xhr.js#L42

可以看出, ajax的同步機制本質上是由XMLHttpRequest實現的，而非js原生實現。

同樣的道理，我們再翻看一下nodejs的源碼

https://github.com/nodejs/node/blob/v8.3.0/lib/fs.js#L550

從readFileSync->tryReadSync->readSync一路追下去，會追到一個c++ binding， https://github.com/nodejs/node/blob/v8.3.0/src/node_file.cc#L1167

if (req->IsObject()) {n ASYNC_CALL(read, req, UTF8, fd, &uvbuf, 1, pos);n} else {n SYNC_CALL(read, 0, fd, &uvbuf, 1, pos)n args.GetReturnValue().Set(SYNC_RESULT);n}n

同步的奧妙在於c++的宏定義上，這是一種藉由c++來實現的底層同步方式。

觀察了這兩種最廣泛的非同步轉同步式調用，我們發現均沒有採用js來實現。

似乎從現象層面上來看js無法原生支持，但是這還不夠，我們探究在js語義下上面的自旋鎖/信號量的特性模擬實現(我知道你們一定會嗤之以鼻，==js本身就是單線程的，只是模擬了多線程的特性== 我無比贊同這句話，所以這裡用的不是實現，而是特性模擬實現)，另外，由於settimeout具有fork相似的非同步執行特性，所以我們用setitmeout暫時代替fork

自旋鎖

1.第一個實現版本

var lock = truensetTimeout(function () {nlock = falsen}, 5000)nnwhile(lock);nconsole.log(unlock)n

我們預期在5000ms後執行unlock語句，但是悲劇的是，整個chrome進程僵死掉了。

為了解釋清楚這個問題，我們讀一下阮一峰老師的event loop模型

http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

看樣子咱們已經清楚的了解了event loop這個js運行順序的本質（同步執行代碼立即執行，非同步代碼入等待隊列），那麼，我們可以基於此給出js vm的調度實現（eventloop的一種實現），當然，咱們為了解釋自旋鎖失敗只需要模擬非同步操作， 同步操作，和循環就好

//taskQueue：任務隊列n//runPart：當前正在執行的任務(同步指令集)n//instruct： 正在執行的指令nnfunction eventloop (taskQueue) {nwhile(runPart = taskQueue.shift()) {nwhile(instruct = runPart.shift()) {nconst { type, act, codePart } = instructnswitch(type) {ncase SYNC:n console.log(act)nif (act === loop)n runPart.unshift({n act: loop,n type: SYNCn})nbreakncase ASYNC:n taskQueue.push(codePart)nbreakn}n}n}n}n

然後轉化我們的第一個版本自旋鎖

let taskQueue = [n[n{act: var lock = true, type: SYNC}, //var lock = truen{n act: setTimeout,n type: ASYNC,n codePart: [n{act: lock = false, type: SYNC}n]n}, // setTimeout(function () { lock = false }, 5000)n/*{n act: loop,n type: SYNCn },*/ // while(lock);n{n act: console.log(sync),n type: SYNCn} // console.log(unlock)n]n]n

測試一下，符合evnet loop的定義，然後放開注釋，我們成功的讓loop block住了整個執行過程，lock = false永遠也沒有機會執行！！！

（真實的調度機制遠比這個複雜的多得多的，有興趣的可以看看webkit~~~的jscore的實現哈）

知道了原理，我們就來手動的改進這部分代碼

2.改進的代碼

var lock = truensetTimeout(function () {nlock = falsen console.log(unlock)n}, 5000)nnfunction sleep() {nvar i = 5000nwhile(i--);n}nnvar foo = () => setTimeout(function () {n sleep()nlock && foo()n})nfoo()n

這個版本的改進我們對while(true);做了切塊的動作,實際上這種技巧被廣泛的應用到改善頁面體驗的方面，所以，有些人因為時序無法預知而抗拒使用settimeout這種想法是錯誤的！

http://blog.csdn.net/kongls08/article/details/6996528，

小測驗1： 改寫eventloop和taskQueue，使它支持改進後的代碼

可是，如果把代碼最後的foo() 變成 foo() && console.log(wait5sdo),

我們的代碼依然沒有成功，why

注意看我們標紅的地方，如果你完成了小測驗1，就會得到和這張圖一致的順序

==同步執行的代碼片段必然在非同步之前。==

所以，無論從理論還是實際出發，我們都不得不承認，在js中，把非同步方法改成同步方法這個命題是水月鏡花

哦對了，最後還需要解釋一下最開始我們埋下的坑， 為什麼jsonp中的async沒有生效，現在解釋起來真的是相當輕鬆，即document.appendChild的動作是交由dom渲染線程完成的，所謂的async阻塞的是dom的解析，而非js引擎的阻塞。實際上，在async獲取資源後，與js引擎的交互依舊是push taskQueue的動作，也就是我們所說的async call

推薦閱讀： 關於dom解析請大家參考webkit技術內幕第九章資源載入部分

峰迴路轉

相信很多新潮的同學已經開始運用切了async/await語法，在下面的語法中，getAjax1和console之間的具有同步的特性

async function () {nvar data = await getAjax1()n console.log(data)n}n

講完了event loop和非同步的本質，我們來重新審視一下async/await。

老天，這段代碼親手推翻了==同步執行的代碼片段必然在非同步之前。== 的黃金定律！

驚不驚喜，意不意外，這在我們的模型里如同三體里的質子一樣的存在。我們重新審視了一遍上面的模型，實在找不到漏洞，找不到任何可以推翻的點，所以真的必須承認，async/await絕對是一個超級神奇的魔法。

到這裡來看我們不得不暫時放棄前面的推論，從async/await本身來看這個問題

相信很多人都會說，async/await是CO的語法糖，CO又是generator/promise的語法糖，好的，那我們不妨去掉這層語法糖，來看看這種代碼的本質, 關於CO，讀的人太多了，我實在不好老生常談，可以看看這篇文章，咱們就直接繞過去了,這裡給出一個簡易的實現

http://www.cnblogs.com/jiasm/p/5800210.html

function wrap(wait) {nvar itern iter = wait()nconst f = () => {nconst { value } = iter.next()n value && value.then(f)n}n f()n}nnfunction *wait() {nvar p = () => new Promise(resolve => {n setTimeout(() => resolve(), 3000)n})nyield p()n console.log(unlock1)nyield p()n console.log(unlock2)n console.log(its sync!!)n}n

終於，我們發現了問題的關鍵，如果單純的看wait生成器(注意，不是普通的函數)，是不是覺得非常眼熟。這就是我們最開始提出的spinlock偽代碼！！！

這個已經被我們完完全全的否定過了，js不可能存在自旋鎖，事出反常必有妖，是的，yield和*就是表演async/await魔法的妖精。

generator和yield字面上含義。Gennerator叫做生成器，yield這塊ruby，python，js等各種語言界爭議很大，但是大多數人對於『讓權』這個概念是認同的(以前看到過maillist上面的爭論，但是具體的內容已經找不到了)

擴展閱讀---ruby元編程 閉包章節yield(ruby語義下的yield)

所謂讓權，是指cpu在執行時讓出使用權利，操作系統的角度來看就是『掛起』原語，在eventloop的語義下，似乎是暫存起當時正在執行的代碼塊(在我們的eventloop裡面對應runPart)，然後順序的執行下一個程序塊。

我們可以修改eventloop來實現讓權機制

小測驗2 修改eventloop使之支持yield原語

至此，通過修改eventloop模型固然可以解決問題，但是，這並不能被稱之為魔法。

和諧共存的世界

實際上通過babel，我們可以輕鬆的降級使用yield,（在es5的世界使用讓權的概念！！）

看似不可能的事情，現在，讓我們撿起曾經論證過的

==同步執行的代碼片段必然在非同步之前。== 這個定理，在此基礎上進行進行逆否轉化

==在非同步代碼執行之後的代碼必然不是同步執行的(非同步的)。==

這是一個圈子裡人盡皆知的話，但直到現在他才變得有說服力（我們繞了一個好長的圈子）

現在，讓我們允許使用callback，不使用generator/yield的情況下完成一個wait generator相同的功能！！！

function wait() {nconst p = () => ({value: new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(), 3000))})nlet state = {nnext: () => {n state.next = programPartnreturn p()n}n}nfunction programPart() {n console.log(unlocked1)n state.next = programPart2nreturn p()n}nfunction programPart2() {n console.log(unlocked2)n console.log(its sync!!)nreturn {value: void 0}n}nreturn staten}n

太棒了，我們成功的完成了generator到function的轉化(雖然成本高昂)，同時，這段代碼本身也解釋清楚了generator的本質，高階函數，片段生成器，或者直接叫做函數生成器！這和scip上的翻譯完全一致,同時擁有自己的狀態(有限狀態機)

推薦閱讀 計算機程序的構造和解釋 第一章generator部分

小測驗3 實際上我們提供的解決方式存在缺陷，請從作用域角度談談

其實，在不知不覺中，我們已經重新發明了計算機科學中大名鼎鼎的CPS變換

https://en.wikipedia.org/wiki/Continuation-passing_style

最後的最後，容我向大家介紹一下facebook的CPS自動變換工具--regenerator。他在我們的基礎上修正了作用域的缺陷，讓generator在es5的世界裡自然優雅。我們向facebook脫帽致敬！！https://github.com/facebook/regenerator

後記

同步非同步 可以說是整個圈子裡面最喜歡談論的問題，但是，談來談去，似乎絕大多數變成了所謂的『約定俗稱』，大家意味追求新技術的同時，卻並不關心新技術是如何在老技術上傳承發展的，知其然而不知其所以然，人云亦云的寫著似是而非的js。

==技術，不應該浮躁==

PS: 最大的功勞不是CO，也不是babel。regenerator的出現比babel早幾個月，而且最初的實現是基於esprima/recast的，關於resprima/recast,國內似乎了解的並不多，其實在babel剛剛誕生之際， esprima/esprima-fb/acron 以及recast/jstransfrom/babel-generator幾大族系圍繞著react產生過一場激烈的鬥爭，或許將來的某一天，我會再從實現細節上談一談為什麼babel笑到了最後~~~~

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