ES6模块化与异步编程高级用法

能够知道如何使用 ES6 的模块化语法
能够知道如何使用 Promise 解决回调地狱的问题
能够知道如何使用 async/await 简化 Promise 的调用
能够说出什么是 EventLoop
能够说出宏任务和微任务的执行顺序

一.ES6 模块化

1. 回顾：node.js 中如何实现模块化

node.js 遵循了 CommonJS 的模块化规范。其中：

导入其它模块使用 require() 方法
模块对外共享成员使用 module.exports 对象

模块化的好处：大家都遵守同样的模块化规范写代码，降低了沟通的成本，极大方便了各个模块之间的相互调用，利人利己。

2. 前端模块化规范的分类

在 ES6 模块化规范诞生之前，JavaScript 社区已经尝试并提出了 AMD、CMD、CommonJS 等模块化规范。但是，这些由社区提出的模块化标准，还是存在一定的差异性与局限性、并不是浏览器与服务器通用的模块化

标准，例如：

AMD 和 CMD 适用于浏览器端的 Javascript 模块化
CommonJS 适用于服务器端的 Javascript 模块化

太多的模块化规范给开发者增加了学习的难度与开发的成本。因此，大一统的 ES6 模块化规范诞生了！

3. 什么是 ES6 模块化规范

ES6 模块化规范是浏览器端与服务器端通用的模块化开发规范。它的出现极大的降低了前端开发者的模块化学习成本，开发者不需再额外学习 AMD、CMD 或 CommonJS 等模块化规范。

ES6 模块化规范中定义：

每个 js 文件都是一个独立的模块
导入其它模块成员使用 import 关键字
向外共享模块成员使用 export 关键字

4. 在 node.js 中体验 ES6 模块化

node.js 中默认仅支持 CommonJS 模块化规范，若想基于 node.js 体验与学习 ES6 的模块化语法，可以按照如下两个步骤进行配置：

① 确保安装了 v14.15.1 或更高版本的 node.js
② 在 package.json 的根节点中添加 "type": "module" 节点

使用以下命令会自动生成一个包管理配置文件

npm init -y

5. ES6 模块化的基本语法

ES6 的模块化主要包含如下 3 种用法：

① 默认导出与默认导入
② 按需导出与按需导入
③ 直接导入并执行模块中的代码

5.1 默认导出

默认导出的语法： export default 默认导出的成员

let n1 = 10 //定义模块私有成员 n1
let n2 = 20 //定义模块私有成员n2(外界访问不到n2，因为它没有被共享出去)
function show(){} //定义模块私有方法show

export default { //使用export default默认导出语法，向外共享n1和show两个成员
    n1,
    show

}

5.2 默认导入

默认导入的语法： import 接收名称 from '模块标识符'

// 从01.js模块中导入export default向外共享成员
// 并使用m1成员进行接收
import m1 from './01.默认导出.js'

console.log(m1)

5.3 默认导出的注意事项

每个模块中，只允许使用唯一的一次 export default，否则会报错！

5.4 默认导入的注意事项

默认导入时的接收名称可以任意名称，只要是合法的成员名称即可：

5.5按需导出

按需导出的语法： export 按需导出的成员

5.6 按需导入

按需导入的语法： import { s1 } from '模块标识符'

5.7 按需导出与按需导入的注意事项

① 每个模块中可以使用多次按需导出
② 按需导入的成员名称必须和按需导出的名称保持一致
③ 按需导入时，可以使用 as 关键字进行重命名
④ 按需导入可以和默认导入一起使用

5.8 直接导入并执行模块中的代码

如果只想单纯地执行某个模块中的代码，并不需要得到模块中向外共享的成员。此时，可以直接导入并执行模块代码，示例代码如下：

二.Promise

1.回调地狱

多层回调函数的相互嵌套，就形成了回调地狱。示例代码如下：

回调地狱的缺点：

代码耦合性太强，牵一发而动全身，难以维护
大量冗余的代码相互嵌套，代码的可读性变差

如何解决回调地狱的问题

为了解决回调地狱的问题，ES6（ECMAScript 2015）中新增了 Promise 的概念。

Promise 的基本概念

① Promise 是一个构造函数

我们可以创建 Promise 的实例 const p = new Promise()
new 出来的 Promise 实例对象，代表一个异步操作

② Promise.prototype 上包含一个 .then() 方法

每一次 new Promise() 构造函数得到的实例对象，
都可以通过原型链的方式访问到 .then() 方法，例如 p.then()

③ .then() 方法用来预先指定成功和失败的回调函数

p.then(成功的回调函数，失败的回调函数)
p.then(result => { }, error => { })
调用 .then() 方法时，成功的回调函数是必选的、失败的回调函数是可选的

2. 基于回调函数按顺序读取文件内容

3. 基于 then-fs 读取文件内容

由于 node.js 官方提供的 fs 模块仅支持以回调函数的方式读取文件，不支持 Promise 的调用方式。因此，需要先运行如下的命令，安装 then-fs 这个第三方包，从而支持我们基于 Promise 的方式读取文件的内容：

then-fs 的基本使用

调用 then-fs 提供的 readFile() 方法，可以异步地读取文件的内容，它的返回值是 Promise 的实例对象。因此可以调用 .then() 方法为每个 Promise 异步操作指定成功和失败之后的回调函数。示例代码如下：

import thenFs from 'then-fs'

thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8').then((r1) => { console.log(r1) })
thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8').then((r2) => { console.log(r2) })
thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8').then((r3) => { console.log(r3) })

注意：上述的代码无法保证文件的读取顺序，需要做进一步的改进！

then() 方法的特性

如果上一个 .then() 方法中返回了一个新的 Promise 实例对象，则可以通过下一个 .then() 继续进行处理。通过 .then() 方法的链式调用，就解决了回调地狱的问题。

基于 Promise 按顺序读取文件的内容

Promise 支持链式调用，从而来解决回调地狱的问题。示例代码如下：

通过 .catch 捕获错误

在 Promise 的链式操作中如果发生了错误，可以使用 Promise.prototype.catch 方法进行捕获和处理：

import thenFs from 'then-fs'

thenFs
  .readFile('./files/11.txt', 'utf8')
  .catch((err) => {
    console.log(err.message)
  })
  .then((r1) => {
    console.log(r1)
    return thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
  })
  .then((r2) => {
    console.log(r2)
    return thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
  })
  .then((r3) => {
    console.log(r3)
  })

如果不希望前面的错误导致后续的 .then 无法正常执行，则可以将 .catch 的调用提前，示例代码如下：

Promise.all() 方法

Promise.all() 方法会发起并行的 Promise 异步操作，等所有的异步操作全部结束后才会执行下一步的 .then操作（等待机制）。示例代码如下：

Promise.race() 方法

Promise.race() 方法会发起并行的 Promise 异步操作，只要任何一个异步操作完成，就立即执行下一步的.then 操作（赛跑机制）。示例代码如下：

4. 基于 Promise 封装读文件的方法

方法的封装要求：

① 方法的名称要定义为 getFile
② 方法接收一个形参 fpath，表示要读取的文件的路径
③ 方法的返回值为 Promise 实例对象

getFile 方法的基本定义

创建具体的异步操作

如果想要创建具体的异步操作，则需要在 new Promise() 构造函数期间，传递一个 function 函数，将具体的异步操作定义到 function 函数内部。示例代码如下：

获取 .then 的两个实参

通过 .then() 指定的成功和失败的回调函数，可以在 function 的形参中进行接收，示例代码如下：

调用 resolve 和 reject 回调函数

Promise 异步操作的结果，可以调用 resolve 或 reject 回调函数进行处理。示例代码如下：

import fs from 'fs'

function getFile(fpath) {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        fs.readFile(fpath, 'utf8', (err, dataStr) => {
            if (err) return reject(err)
            resolve(dataStr)
        })
    })
}

getFile('./files/1.txt')
    .then((r1) => {
        console.log(r1)
    })
    .catch((err) => console.log(err.message))

三.async/await

1. 什么是 async/await

async/await 是 ES8（ECMAScript 2017）引入的新语法，用来简化 Promise 异步操作。在 async/await 出现之前，开发者只能通过链式 .then() 的方式处理 Promise 异步操作。示例代码如下：

.then 链式调用的优点：解决了回调地狱的问题
.then 链式调用的缺点：代码冗余、阅读性差、不易理解

2. async/await 的基本使用

使用 async/await 简化 Promise 异步操作的示例代码如下：

3. async/await 的使用注意事项

① 如果在 function 中使用了 await，则 function 必须被 async 修饰
② 在 async 方法中，第一个 await 之前的代码会同步执行，await 之后的代码会异步执行

import thenFs from 'then-fs'

console.log('A')
async function getAllFile() {
    console.log('B')
    const r1 = await thenFs.readFile('./files/1.txt', 'utf8')
    console.log(r1)
    const r2 = await thenFs.readFile('./files/2.txt', 'utf8')
    console.log(r2)
    const r3 = await thenFs.readFile('./files/3.txt', 'utf8')
    console.log(r3)
    console.log('D')
}

getAllFile()
console.log('C')

四.EventLoop

1. JavaScript 是单线程的语言

JavaScript 是一门单线程执行的编程语言。也就是说，同一时间只能做一件事情。

单线程执行任务队列的问题：

如果前一个任务非常耗时，则后续的任务就不得不一直等待，从而导致程序假死的问题。

2. 同步任务和异步任务

为了防止某个耗时任务导致程序假死的问题，JavaScript 把待执行的任务分为了两类：

① 同步任务（synchronous）

又叫做非耗时任务，指的是在主线程上排队执行的那些任务
只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务

② 异步任务（asynchronous）

又叫做耗时任务，异步任务由 JavaScript 委托给宿主环境进行执行
当异步任务执行完成后，会通知 JavaScript 主线程执行异步任务的回调函数

3. 同步任务和异步任务的执行过程

① 同步任务由 JavaScript 主线程次序执行
② 异步任务委托给宿主环境执行
③ 已完成的异步任务对应的回调函数，会被加入到任务队列中等待执行
④ JavaScript 主线程的执行栈被清空后，会读取任务队列中的回调函数，次序执行
⑤ JavaScript 主线程不断重复上面的第 4 步

4. EventLoop 的基本概念

JavaScript 主线程从“任务队列”中读取异步任务的回调函数，放到执行栈中依次执行。这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为 EventLoop（事件循环）。

5. 结合 EventLoop 分析输出的顺序

正确的输出结果：ADCB。其中：

A 和 D 属于同步任务。会根据代码的先后顺序依次被执行
C 和 B 属于异步任务。它们的回调函数会被加入到任务队列中，等待主线程空闲时再执行

五.宏任务和微任务

1. 宏任务和微任务

JavaScript 把异步任务又做了进一步的划分，异步任务又分为两类，分别是：

① 宏任务（macrotask）

异步 Ajax 请求、
setTimeout、setInterval、
文件操作
其它宏任务

② 微任务（microtask）

Promise.then、.catch 和 .finally
process.nextTick
其它微任务

2. 宏任务和微任务的执行顺序

每一个宏任务执行完之后，都会检查是否存在待执行的微任务，如果有，则执行完所有微任务之后，再继续执行下一个宏任务。

3. 分析以下代码输出的顺序

正确的输出顺序是：2431 分析：

① 先执行所有的同步任务

执行第 6 行、第 12 行代码

② 再执行微任务

执行第 9 行代码

③ 再执行下一个宏任务

执行第 2 行代码

正确的输出顺序是：156234789

六.API接口案例

1. 案例需求

基于 MySQL 数据库 + Express 对外提供用户列表的 API 接口服务。用到的技术点如下：

第三方包 express 和 mysql2
ES6 模块化
Promise
async/await

2. 搭建项目的基本结构

① 启用 ES6 模块化支持

在 package.json 中声明 "type": "module"

② 安装第三方依赖包

运行 npm install [email protected] [email protected]

3. 创建基本的服务器

4. 创建 db 数据库操作模块

5. 创建 user_ctrl 模块

6. 创建 user_router 模块

7. 导入并挂载路由模块

8. 使用 try…catch 捕获异常

① 能够知道如何使用 ES6 的模块化语法

⚫ 默认导出与默认导入、按需导出与按需导入

② 能够知道如何使用 Promise 解决回调地狱问题

⚫ promise.then()、promise.catch()

③ 能够使用 async/await 简化 Promise 的调用

⚫ 方法中用到了 await，则方法需要被 async 修饰

④ 能够说出什么是 EventLoop

⚫ EventLoop 示意图

⑤ 能够说出宏任务和微任务的执行顺序

⚫ 在执行下一个宏任务之前，先检查是否有待执行的微任务