JavaScript中如何實現并發控制

這篇文章將為大家詳細講解有關JavaScript中如何實現并發控制，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

一、前言

在開發過程中，有時會遇到需要控制任務并發執行數量的需求。

例如一個爬蟲程序，可以通過限制其并發任務數量來降低請求頻率，從而避免由于請求過于頻繁被封禁問題的發生。

接下來，本文介紹如何實現一個并發控制器。

二、示例

const task = timeout => new Promise((resolve) => setTimeout(() => {       resolve(timeout);     }, timeout))       const taskList = [1000, 3000, 200, 1300, 800, 2000];      async function startNoConcurrentControl() {       console.time(NO_CONCURRENT_CONTROL_LOG);       await Promise.all(taskList.map(item => task(item)));      console.timeEnd(NO_CONCURRENT_CONTROL_LOG);     }     startNoConcurrentControl();

上述示例代碼利用 Promise.all 方法模擬6個任務并發執行的場景，執行完所有任務的總耗時為 3000 毫秒。

下面會采用該示例來驗證實現方法的正確性。

三、實現

由于任務并發執行的數量是有限的，那么就需要一種數據結構來管理不斷產生的任務。

隊列的**「先進先出」特性可以保證任務并發執行的順序，在 JavaScript 中可以通過「數組來模擬隊列」**：

class Queue {        constructor() {          this._queue = [];        }          push(value) {          return this._queue.push(value);        }          shift() {          return this._queue.shift();        }        isEmpty() {          return this._queue.length === 0;       }      }

對于每一個任務，需要管理其執行函數和參數：

class DelayedTask {        constructor(resolve, fn, args) {          this.resolve = resolve;          this.fn = fn;          this.args = args;        }      }

接下來實現核心的 TaskPool 類，該類主要用來控制任務的執行：

class TaskPool {        constructor(size) {          this.size = size;          this.queue = new Queue();       }          addTask(fn, args) {          return new Promise((resolve) => {            this.queue.push(new DelayedTask(resolve, fn, args));          if (this.size) {              this.size--;              const { resolve: taskResole, fn, args } = this.queue.shift();              taskResole(this.runTask(fn, args));            }          })        }        pullTask() {          if (this.queue.isEmpty()) {            return;          }          if (this.size === 0) {            return;          }          this.size++;          const { resolve, fn, args } = this.queue.shift();          resolve(this.runTask(fn, args));        }        runTask(fn, args) {          const result = Promise.resolve(fn(...args));           result.then(() => {           this.size--;            this.pullTask();          }).catch(() => {            this.size--;            this.pullTask();         })           return result;       }      }

TaskPool 包含三個關鍵方法：

•  addTask: 將新的任務放入隊列當中，并觸發任務池狀態檢測，如果當前任務池非滿載狀態，則從隊列中取出任務放入任務池中執行。

•  runTask: 執行當前任務，任務執行完成之后，更新任務池狀態，此時觸發主動拉取新任務的機制。

•  pullTask: 如果當前隊列不為空，且任務池不滿載，則主動取出隊列中的任務執行。

接下來，將前面示例的并發數控制為2個：

const cc = new ConcurrentControl(2);        async function startConcurrentControl() {        console.time(CONCURRENT_CONTROL_LOG);        await Promise.all(taskList.map(item => cc.addTask(task, [item])))        console.timeEnd(CONCURRENT_CONTROL_LOG);      }        startConcurrentControl();

執行流程如下：

最終執行任務的總耗時為 5000 毫秒。

四、高階函數優化參數傳遞

await Promise.all(taskList.map(item => cc.addTask(task, [item])))

手動傳遞每個任務的參數的方式顯得非常繁瑣，這里可以通過**「高階函數實現參數的自動透傳」**：

addTask(fn) {       return (...args) => {          return new Promise((resolve) => {            this.queue.push(new DelayedTask(resolve, fn, args));            if (this.size) {              this.size--;              const { resolve: taskResole, fn: taskFn, args: taskArgs } = this.queue.shift();              taskResole(this.runTask(taskFn, taskArgs));            }          })        }      }

改造之后的代碼顯得簡潔了很多：

await Promise.all(taskList.map(cc.addTask(task)))

五、優化出隊操作

數組一般都是基于一塊**「連續內存」**來存儲，當調用數組的 shift 方法時，首先是刪除頭部元素（時間復雜度 O(1)），然后需要將未刪除元素左移一位（時間復雜度 O(n)），所以 shift 操作的時間復雜度為 O(n)。

由于 JavaScript 語言的特性，V8 在實現 JSArray 的時候給出了一種空間和時間權衡的解決方案，在不同的場景下，JSArray 會在 FixedArray 和 HashTable 兩種模式間切換。

在 hashTable 模式下，shift 操作省去了左移的時間復雜度，其時間復雜度可以降低為 O(1)，即使如此，shift 仍然是一個耗時的操作。

在數組元素比較多且需要頻繁執行 shift 操作的場景下，可以通過 「reverse + pop」 的方式優化。

const Benchmark = require('benchmark');      const suite = new Benchmark.Suite;        suite.add('shift', function() {        let count = 10;        const arr = generateArray(count);        while (count--) {          arr.shift();        }     })     .add('reverse + pop', function() {        let count = 10;        const arr = generateArray(count);        arr.reverse();        while (count--) {          arr.pop();        }      })      .on('cycle', function(event) {        console.log(String(event.target));      })      .on('complete', function() {        console.log('Fastest is ' + this.filter('fastest').map('name'));        console.log('\n')      })      .run({        async: true      })

通過 benchmark.js 跑出的基準測試數據，可以很容易地看出哪種方式的效率更高：

回顧之前 Queue 類的實現，由于只有一個數組來存儲任務，直接使用 reverse + pop 的方式，必然會影響任務執行的次序。

這里就需要引入雙數組的設計，一個數組負責入隊操作，一個數組負責出隊操作。

class HighPerformanceQueue {       constructor() {         this.q1 = []; // 用于 push 數據         this.q2 = []; // 用于 shift 數據       }         push(value) {         return this.q1.push(value);      }       shift() {         let q2 = this.q2;        if (q2.length === 0) {           const q1 = this.q1;           if (q1.length === 0) {             return;           }           this.q1 = q2; // 感謝 @shaonialife 同學指正           q2 = this.q2 = q1.reverse();         }         return q2.pop();       }       isEmpty() {         if (this.q1.length === 0 && this.q2.length === 0) {         return true;        }         return false;       }     }

最后通過基準測試來驗證優化的效果：

關于JavaScript中如何實現并發控制就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。