異步函數的兩個視角

我們來一起看一下兩個程序員之間的故事。

以下示例代碼是用Scala寫的，不過本文所講的話題並不僅限於Scala，任何有Future/Promise支持的語言都是適用的。

下面這個wiki頁面羅列了各個有Future/Promise支持的語言，已經涵蓋了大多數的常用語言。

Future與promise實現列表

我是異步函數的編寫者

我寫了兩個異步函數,來提供給其他程序員同事使用。

type CallBack = Try[String] => Unit

def pretendCallAPI(callBack: CallBack, okMsg: String, failedMsg: String) = {
 val task = new TimerTask {
   override def run() = {
     val percentage = Random.between(1, 100)

     if (percentage >= 50)
       callBack(Success(okMsg))
     else if (percentage <= 30)
       callBack(Failure(new Exception(failedMsg)))
     else
       callBack(Failure(new Exception("network problem")))
   }
 }

 new Timer().schedule(task, Random.between(200, 500))
}

val searchTB = pretendCallAPI(_, "product price found", "product not listed")
val buyFromTB = pretendCallAPI(_, "product bought", "can not buy, no money left")

這兩個異步函數: searchTB用來從淘寶搜索物品,另一個buyFromTB用來購買搜到的物品。

由於僅僅是爲了演示而寫的,他們兩個都是基於一個叫做pretendCallAPI的函數實現的。

顧名思義,pretendCallAPI並不會真的去調用淘寶的API,而只是模擬API的行爲。

這個pretendCallAPI函數有幾個行爲特徵:

• 每次耗時200到500毫秒之間
• 每次執行有50%的機率成功
• 20%的機率遇到網絡故障
• 另外30%的機率雖然網絡沒問題但是服務器會給你一個非正常的結果

當然,由於我寫的是異步算法,需要避免block caller thread。

所以當你調用pretendCallAPI的時候,這個函數是瞬間立即返回的。

那麼當然我就無法在函數返回的時候return什麼有用的東西給你了。

如果你想知道執行的結果到底是啥,你需要傳給我一個CallBack,在我執行完後,通過CallBack來告知你執行的結果。

這個CallBack的完整簽名表達式展開是Try[String] => Unit

大家看searchTB和buyFromTB可能覺得他們長的有點奇怪,這是Scala裏柯里化的寫法。

也就是通過把pretendCallAPI包一層來構造新的函數,鎖死兩個參數,剩下的一個參數(也就是CallBack)就變成了新構造出來的函數的唯一參數了。

也就是說searchTB和buyFromTB的簽名是(Try[String] => Unit) => Unit。

關於柯里化這個語言特性的更多信息:

https://cuipengfei.me/blog/2013/12/25/desugar-scala-6/

好了,現在這兩個函數可以提供給大家使用了。

我是異步函數的調用者

聽說異步函數已經寫好了,我終於可以用他們來實現剁手業務了。

聽函數作者講了一下,用起來應該不會很難,那我來實現一下吧。

def searchPriceThenBuy() = {
 searchTB {
   case Success(searchMsg) =>
     println(searchMsg)
     buyFromTB {
       case Success(buyMsg) => println(buyMsg)
       case Failure(err) => println(err.getMessage)
     }
   case Failure(err) => println(err.getMessage)
 }
}

使用searchTB和buyFromTB並不難. 他們兩個都是接受CallBack作爲參數的函數。

CallBack本身是個函數,它的簽名是Try[String] => Unit。

而Try有兩種形式,分別是Success和Failure。

所以在調用searchTB和buyFromTB的時候,必須把兩個分支都給到(以免pattern match不到)。

這樣在異步函數有結果的時候(無論成敗)才能call back過來到我的代碼,以便我能夠在合適的時機做後續的處理(無論是基於成功做後續業務,還是做error handling)。

關於pattern match,可以參考這裏:

https://cuipengfei.me/blog/2013/12/29/desugar-scala-8/

https://cuipengfei.me/blog/2015/06/16/visitor-pattern-pattern-match/

這段代碼跑一下的話,會有這麼幾種結果:

• 搜到了,也買到了
• 搜到了,購買時遇到了網絡故障
• 搜到了,由於支付寶錢不夠而沒買到
• 沒搜到,購買行爲未觸發
• 搜索遇到網絡故障,購買行爲未觸發

一共就這麼幾種可能,因爲pretendCallAPI是跑概率的,多跑幾次這些情況都能遇到。

雖然實現出來不難,執行結果也沒問題,但是總有點隱憂。

這裏只有searchTB和buyFromTB兩個函數,如果其他場景下我需要把更多的異步函數組合起來使用呢?豈不是要縮進很多層?

當然,縮進只是個視覺審美問題,是個表象,不是特別要緊.關鍵是我的業務邏輯很容易被這樣的代碼給割裂的雞零狗碎,那就不好了。

我要給上游編寫異步函數的同事反饋一下，看是否有辦法解決這個問題。

鏡頭切回到異步函數編寫者

之前寫的兩個函數反饋不太好，主要是因爲同事們認爲使用CallBack不是最優的方式。

這個反饋確實很中肯，如果只有一個異步函數單獨使用，用CallBack也沒什麼太大的問題，如果是很多個異步函數組合使用確實會形成多層嵌套的問題。

我作爲上游程序員，確實需要更多地爲下游調用者考慮。

既然如此，那我改版一下，免除掉讓下游使用CallBack的必要性。

type CallBackBasedFunction = (CallBack) => Unit

def futurize(f: CallBackBasedFunction) = () => {
 val promise = Promise[String]()

 f {
   case Success(msg) => promise.success(msg)
   case Failure(err) => promise.failure(err)
 }

 promise.future
}

val searchTBFutureVersion = futurize(searchTB)
val buyFromTBFutureVersion = futurize(buyFromTB)

先定義一個CallBackBasedFunction，它代表一個接受CallBack爲參數的函數的簽名。

表達式展開後就是：　(Try[String] => Unit) => Unit

這就符合了searchTB和buyFromTB兩個函數的簽名。

futurize算是個higher order function,它接受一個CallBackBasedFunction作爲參數，返回一個() => Future[String]。

(Future是Scala標準庫的內容，可以認爲和JS Promises/A+是類似的概念)

也就是說futurize可以把searchTB和buyFromTB改造成返回Future的函數。上面代碼最後兩行就是改造的結果。

這樣，原本接受CallBack做爲參數且沒有返回值的函數，就變成了不接受參數且返回Future的函數。

再看futurize的具體實現，它使用了Scala的Promise，讓返回的Future在原版函數成功時成功，在原版函數失敗時失敗。

這樣，我就得到了searchTBFutureVersion和buyFromTBFutureVersion這兩個仍然是立即瞬間返回，不會block caller thread的函數。

關於Scala中Promise和Future的更多信息：

https://docs.scala-lang.org/overviews/core/futures.html

鏡頭再切到異步函數調用者

現在有了searchTBFutureVersion和buyFromTBFutureVersion，我來試着重新實現一次：

def searchPriceThenBuyFutureVersion() = {
 val eventualResult = for {
   searchResult <- searchTBFutureVersion().map(msg => println(msg))
   buyResult <- buyFromTBFutureVersion().map(msg => println(msg))
 } yield (searchResult, buyResult)

 eventualResult.onComplete {
   case Failure(err) => println(err.getMessage)
   case _ =>
 }
}

這裏用到了Scala的for comprehension，編譯後會變成map，flatMap等等monadic operator。

而map,flatMap等操作符正是Scala中Future拿來做組合用的。

這樣，用for把兩個返回Future的異步函數組織起來，形成一個新的Future，然後在新的Future complete時統一處理異常。

關於for的更多信息：

https://cuipengfei.me/blog/2014/08/30/options-for/

這次實現的代碼與上次的行爲是一致的,沒什麼兩樣。

不過我的業務代碼從雞零狗碎變成了平鋪直敘平易近人。

(這種效果在這裏表現的並不是特別突出，不過很容易想象如果需要組合使用的異步函數更多一些的話，這種效果的好處就顯露出來了)

當然了，讓業務代碼易讀易懂主要還是要靠個人奮鬥，而有了Promise和Future這種歷史進程的推力，則更有增益作用。

小結

最近在看Scala Reactive的一些內容

想起了很久之前寫過一篇叫做自己動手實現Promises/A+規範的博客，用JS實現了一個簡版的Promise:

https://cuipengfei.me/blog/2016/05/15/promise/

我在當時的一段演示代碼裏面寫了兩句註釋：

Promise的作用在於

1. 給異步算法的編寫者和使用者之間提供一種統一的交流手段
2. 給異步算法的使用者提供一種組織代碼的手段,以便於將一層又一層嵌套的業務主流程變成一次一次的對then的調用

不過當時的博客裏只講了實現Promise規範的事情,並沒有詳細解釋過這兩句話。

既然又遇到了這個話題，於是寫點Scala來把當時沒展開寫到的內容補充了一下。

上文的四個鏡頭展現了兩個角色的思考過程，通過這個過程其實也就解釋了上面兩句註釋的含義。

1. 給異步算法的編寫者和使用者之間提供一種統一的交流手段

所謂統一的交流手段，其實就是異步函數的簽名問題。

由於需要處理的業務五花八門，異步函數接受的參數列表沒法統一，但是返回值是可以統一的。

一個異步函數，接受了外界給的參數，立即瞬間返回一個Js的Promise或者Scala的Future(或者是任何語言中類似概念的叫法)。

然後在異步任務執行完的時候把Promise resolve/reject掉(讓Future success或者failure),藉此來讓調用方的代碼知道該到了它跑後續處理的時候了。

這樣我們就獲得了一個sensible default，無需在每次設計異步函數的時候都去商議該返回什麼東西，該怎麼獲得異步執行的結果。
2. 給異步算法的使用者提供一種組織代碼的手段,以便於將一層又一層嵌套的業務主流程變成一次一次的對then的調用

所謂組織代碼的手段，就是關於異步函數調用者的那兩個鏡頭的內容了。

一開始CallBack套着CallBack，異步的味道很重，這體現出了代碼的組織方式在向代碼的技術實現低頭。或者說是代碼的技術實現干擾了我行文的風格。

後來變成了看起來很像是消費同步函數結果的寫法。從而讓我慣常的文風得以保持。
文/ThoughtWorks 崔鵬飛

---

更多精彩洞見，請關注微信公衆號：ThoughtWorks洞見