【51CTO精選譯文】許多企業目前在評估Node.js的異步、事件驅動型的I/O，認為這是一種高性能方案，可以替代多線程企業應用服務器的傳統同步I/O。異步性質意味著，企業開發人員必須學習新的編程模式，忘掉舊的編程模式。他們必須徹底轉變思路，可能需要借助電擊療法^_^。本文介紹了如何將舊的同步編程模式換成全新的異步編程模式。

51CTO推薦專題：Node.js專區

開始轉變思路

要使用Node.js，就有必要了解異步編程的工作原理。異步代碼設計并非簡單的設計，需要一番學習。現在需要來一番電擊療法：本文在同步代碼示例旁邊給出了異步代碼示例，表明如何更改同步代碼，才能變成異步代碼。這些示例都圍繞Node.js的文件系統(fs)模塊，因為它是唯一含有同步I/O操作及異步I/O操作的模塊。有了這兩種示例，你可以開始轉變思路了。

相關代碼和獨立代碼

回調函數(callback function)是Node.js中異步事件驅動型編程的基本構建模塊。它們是作為變量，傳遞給異步I/O操作的函數。一旦操作完成，回調函數就被調用。回調函數是Node.js中實現事件的機制。

下面顯示的示例表明了如何將同步I/O操作轉換成異步I/O操作，并顯示了回調函數的使用。示例使用異步fs.readdirSync()調用，讀取當前目錄的文件名稱，然后把文件名稱記錄到控制臺，***讀取當前進程的進程編號(process id)。

同步

var fs = require('fs'),  
    filenames,  
    i,  
    processId;  
filenames = fs.readdirSync(".");  
for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
    console.log(filenames[i]);  
}  
console.log("Ready.");  
processprocessId = process.getuid();  

異步

var fs = require('fs'),  
    processId;  
fs.readdir(".", function (err, filenames) {  
    var i;  
    for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
        console.log(filenames[i]);  
    }  
    console.log("Ready.");  
});  
processprocessId = process.getuid(); 

在同步示例中，處理器等待fs.readdirSync() I/O操作，所以這是需要更改的操作。Node.js中該函數的異步版本是fs.readdir()。它與fs.readdirSync()一樣，但是回調函數作為第二個參數。

使用回調函數模式的規則如下：把同步函數換成對應的異步函數，然后把原先在同步調用后執行的代碼放在回調函數里面。回調函數中的代碼與同步示例中的代碼執行一模一樣的操作。它把文件名稱記錄到控制臺。它在異步I/O操作返回之后執行。

就像文件名稱的記錄依賴fs.readdirSync() I/O操作的結果，所列文件數量的記錄也依賴其結果。進程編號的存儲獨立于I/O操作的結果。因而，必須把它們移到異步代碼中的不同位置。

規則就是將相關代碼移到回調函數中，而獨立代碼的位置不用管。一旦I/O操作完成，相關代碼就被執行，而獨立代碼在I/O操作被調用之后立即執行。

順序

同步代碼中的標準模式是線性順序：幾行代碼都必須下一行接上一行來執行，因為每一行代碼依賴上一行代碼的結果。在下面示例中，代碼首先變更了文件的訪問模式(比如Unix chmod命令)，對文件更名，然后檢查更名后文件是不是符號鏈接。很顯然，該代碼無法亂序運行，不然文件在模式變更前就被更名了，或者符號鏈接檢查在文件被更名前就執行了。這兩種情況都會導致出錯。因而，順序必須予以保留。

同步

var fs = require('fs'),  
    oldFilename,  
    newFilename,  
    isSymLink;  
oldFilename = "./processId.txt";  
newFilename = "./processIdOld.txt";  
fs.chmodSync(oldFilename, 777);  
fs.renameSync(oldFilename, newFilename);  
isSymLink = fs.lstatSync(newFilename).isSymbolicLink(); 

異步

var fs = require('fs'),  
    oldFilename,  
    newFilename;  
oldFilename = "./processId.txt";  
newFilename = "./processIdOld.txt";  
fs.chmod(oldFilename, 777, function (err) {     
    fs.rename(oldFilename, newFilename, function (err) {  
        fs.lstat(newFilename, function (err, stats) {  
            var isSymLink = stats.isSymbolicLink();  
        });  
    });  
});  

在異步代碼中，這些順序變成了嵌套回調。該示例顯示了fs.lstat()回調嵌套在fs.rename()回調里面，而fs.rename()回調嵌套在fs.chmod()回調里面。

#p#

并行處理

異步代碼特別適合操作I/O操作的并行處理：代碼的執行并不因I/O調用的返回而受阻。多個I/O操作可以并行開始。在下面示例中，某個目錄中所有文件的大小都在循環中累加，以獲得那些文件占用的總字節數。使用異步代碼，循環的每次迭代都必須等到獲取單個文件大小的I/O調用返回為止。

異步代碼允許快速連續地在循環中開始所有I/O調用，不用等結果返回。只要其中一個I/O操作完成，回調函數就被調用，而該文件的大小就可以添加到總字節數中。

唯一必不可少的有一個恰當的停止標準，它決定著我們完成處理后，就計算所有文件的總字節數。

同步

var fs = require('fs');  
function calculateByteSize() {  
    var totalBytes = 0,  
        i,  
        filenames,  
        stats;  
    filenames = fs.readdirSync(".");  
    for (i = 0; i < filenames.length; i ++) {  
        stats = fs.statSync("./" + filenames[i]);  
        totalBytes += stats.size;  
    }  
    console.log(totalBytes);  
}  
 
 
 
calculateByteSize(); 

異步

var fs = require('fs');  
var count = 0,  
    totalBytes = 0;  
function calculateByteSize() {  
    fs.readdir(".", function (err, filenames) {  
        var i;  
        count = filenames.length;  
        for (i = 0; i < filenames.length; i++) {  
            fs.stat("./" + filenames[i], function (err, stats) {  
                totalBytes += stats.size;  
                count--;  
                if (count === 0) {  
                    console.log(totalBytes);  
                }  
            });  
        }  
    });  
}  
calculateByteSize(); 

同步示例簡單又直觀。在異步版本中，***個fs.readdir()被調用，以讀取目錄中的文件名稱。在回調函數中，針對每個文件調用fs.stat()，返回該文件的統計信息。這部分不出所料。

值得關注的方面出現在計算總字節數的fs.stat()回調函數中。所用的停止標準是目錄的文件數量。變量count以文件數量來初始化，倒計數回調函數執行的次數。一旦數量為0，所有I/O操作都被回調，所有文件的總字節數被計算出來。計算完畢后，字節數可以記錄到控制臺。

異步示例有另一個值得關注的特性：它使用閉包(closure)。閉包是函數里面的函數，內層函數訪問外層函數中聲明的變量，即便在外層函數已完成之后。fs.stat()回調函數是閉包，因為它早在fs.readdir()回調函數完成后，訪問在該函數中聲明的count和totalBytes這兩個變量。閉包有關于它自己的上下文。在該上下文中，可以放置在函數中訪問的變量。

要是沒有閉包，count和totalBytes這兩個變量都必須是全局變量。這是由于fs.stat()回調函數沒有放置變量的任何上下文。calculateBiteSize()函數早已結束，只有全局上下文仍在那里。這時候閉包就能派得上用場。變量可以放在該上下文中，那樣可以從函數里面訪問它們。

代碼復用

代碼片段可以在JavaScript中復用，只要把代碼片段包在函數里面。然后，可以從程序中的不同位置調用這些函數。如果函數中使用了I/O操作，那么改成異步代碼時，就需要某種重構。

下面的異步示例顯示了返回某個目錄中文件數量的函數countFiles()。countFiles()使用I/O操作fs.readdirSync() 來確定文件數量。span style="font-family: courier new,courier;">countFiles()本身被調用，使用兩個不同的輸入參數：

同步

var fs = require('fs');  
var path1 = "./",  
    path2 = ".././";  
function countFiles(path) {  
    var filenames = fs.readdirSync(path);  
    return filenames.length;  
}  
console.log(countFiles(path1) + " files in " + path1);  
console.log(countFiles(path2) + " files in " + path2); 

異步

var fs = require('fs');  
var path1 = "./",  
    path2 = ".././",  
    logCount;  
function countFiles(path, callback) {  
    fs.readdir(path, function (err, filenames) {  
        callback(err, path, filenames.length);  
    });  
}  
logCount = function (err, path, count) {  
    console.log(count + " files in " + path);  
};  
countFiles(path1, logCount);   
countFiles(path2, logCount);  

把fs.readdirSync()換成異步fs.readdir()迫使閉包函數cntFiles()也變成異步，因為調用cntFiles()的代碼依賴該函數的結果。畢竟，只有fs.readdir()返回后，結果才會出現。這導致了cntFiles()重構，以便還能接受回調函數。整個控制流程突然倒過來了：不是console.log()調用cntFiles()，cntFiles()再調用fs.readdirSync()，在異步示例中，而是cntFiles()調用fs.readdir()，然后cntFiles()再調用console.log()。

結束語

本文著重介紹了異步編程的一些基本模式。將思路轉變到異步編程絕非易事，需要一段時間來適應。雖然難度增加了，但是獲得的回報是顯著提高了并發性。結合JavaScript的快速周轉和易于使用等優點，Node.js中的異步編程有望在企業應用市場取得進展，尤其是在新一代高度并發性的Web 2.0應用程序方面。

原文：http://shinetech.com/thoughts/thought-articles/139-asynchronous-code-design-with-nodejs
 

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