R1-异步编程之始

2024年7月 · 预计阅读时间： 2 分钟

从异步编程开始

异步编程之始#

异步编程是什么？为什么现代程序语言非得要支持异步编程。实际上异步编程已经成为同现代软件开发中不可或缺的重要环节，如果你对异步编程感到些许困惑，也许我的文章能够帮到你。

异步是什么

代码执行过程中，分为同步和异步，通常的代码都为同步代码，也就是上一行没执行完，下一行就不会执行。由于计算机执行的速度很快，即便当前行的代码执行几千万次的遍历，效率也十分惊人。但凡事都有特例，如果说单纯的调用 CPU 的算力去执行一个循环，那本身是不难的，实际上，我们的开发情况复杂的多，例如：我们在遍历过程中读取写入数据库（I/O）、文件的上传下载、AI 的训练、DOM 元素的操作等等。

上述的几种操作，他是多方面协作才能产生的，不仅是 CPU 在参与，内存、磁盘、显卡算力等都会参与其中，这其中的交互就会出现多种情况，并且时间上有不确定性。

因此，异步编程应运而生。我们可以把异步代码想象成做饭炒菜，如果说同步代码是油锅中炒菜，那么异步可能算得上煲汤，我在炒菜的过程中，不影响我去烧汤。当我把异步代码构建好之后，打开火，我就只需要等待汤烧好的那时，可能会30分钟烧好，也可能3个小时烧好，我们只需要等待煲汤过程中、食材产生的奇妙化学反应。

现代语言的异步做法和异同点

一个异步编程通常含有以下的几种处理方式

回调（Callbacks）：通过将回调函数传递给异步操作，当操作完成时调用回调函数
Promise/Future：表示一个可能在未来某个时间点完成的值或错误。它们提供了一种更方便的方式来处理异步操作的结果。
async/await：基于 Promise/Future 的语法糖，使得异步代码看起来像同步代码，从而提高代码的可读性和可维护性。

回调的话，都是必须要具备的，菜做完之后，需要出锅，数据拿到、文件写入之后，我们都需要进行后续处理，这个按下不表。

Promise/Future 处理异步操作的结果，可以理解成处理回调的工具。不同的语言会根据自身的特性，选择其中不同的实现方案。

JavaScript 的方式#

   function fetchData(callback) {       setTimeout(() => {           callback("Data fetched");       }, 1000);   }
   fetchData((data) => {       console.log(data);   });

或者

   function fetchData() {       return new Promise((resolve) => {           setTimeout(() => {               resolve("Data fetched");           }, 1000);       });   }
   fetchData().then((data) => {       console.log(data);   });

上述是 JavaScript 的代码，第一段只是执行一个异步操作，同时使用回调函数调用。后一段的代码，使用 Promise 方案将其处理，能够使得回调通过 .then 的方式在函数执行完毕之后获得处理,当 .then 出现的时候，都可以理解为他是异步代码执行完之后的操作。

   function fetchData() {       return new Promise((resolve) => {           setTimeout(() => {               resolve("Data fetched");           }, 1000);       });   }
   async function main() {       const data = await fetchData();       console.log(data);   }
   main();

当然，如果异步的操作很多 then 起来就没完没了，JavaScript 提供了async/await 语法糖，使他看起来像同步代码一样，实际上它仍然是异步的，该等还是要等。同时，JavaScript的异步又快又简单，本身并不复杂。

Java的方式#

首先回调都是必要的，区别只是执行回调的方式不同

   import java.util.concurrent.*;
   public class Main {       public static void main(String[] args) {           CompletableFuture.supplyAsync(() -> {               try {                   Thread.sleep(1000);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }               return "Data fetched";           }).thenAccept(data -> {               System.out.println(data);           }).join();       }   }

上述是 CompletableFuture 的方案，Java 是通过线程池模拟的方式实现的异步操作，在代码阅读层面，可能不如语法糖来的直观

Rust的方式#

Rust本身是不存在异步运行时，只能依赖社区生态（Tokio 和 async-std) 来实现异步编程，同时，他需要 async/await 关键字和Future 结合异步运行时来实现。

   use tokio::time::{sleep, Duration};
   async fn fetch_data() -> &'static str {       sleep(Duration::from_secs(1)).await;       "Data fetched"   }
   #[tokio::main]   async fn main() {       let data = fetch_data().await;       println!("{}", data);   }

上述是Rust的代码，同样的也非常的简单直观，但是其背后层面是做了很多我们看不见的工作。

分析和异同

回调函数，我们可以看到，在三种语言中都会存在，承载回调函数的方案 Promise/Future 有所不同。

Java是在执行 Future的过程中可以取消，由于他具备多线程和线程池，在任务调度的过程中，具有一定的优势，这个特点使得它的并发能力很强。
JavaScript 是单线程，它的本质是相当于单线程的事件循环，该异步模型有自身的一套运行机制，由于是单线程且是事件循环做的，它一旦执行，便不能取消。相当于一条道走到黑，不能关火（除非出错，也就是菜糊了)
Rust 不具备内置运行时，只有编译时，编译是这门语言的核心特点，它需要第三方的库来支持。使得它在执行过程中能展开异步任务。

同样的，async和await都是成对出现，单有其中一个关键字在函数方法中，是不会生效的。await加在哪里，通常是网络请求、I/O、文件读写等相关操作。

如果不加，会怎样？

最直观的缺陷，就是一个字词要等,文件没上传完，就得等，要等这个大文件全部上传完，才会执行下一步操作，事想下，大量的客户排队等着上传文件，这个画面太美我不敢看；DOM操作，html元素的修改，比如改个颜色、宽高等属性，如果不是异步一次性收集好更改，网页就会变成：元素A先变蓝色，接着元素B又撑高了200像素，网页就会有看着像牛皮鲜一样的视觉效果。

异步的过程还有很多需要深挖的点，它往往也是一个性能优化聚焦的核心区，今天的文章就简单的谈一下我对异步代码的理解，更加深入的探讨我们后续有机会再见。