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這篇手寫 Promise 你一定要看【值得收藏】

最近重溫了一下 Q/Promise[1] 的設計講解，結合自己的理解和一些小優(yōu)化，決定也來寫一篇手寫 Promise 的文章。本文的內(nèi)容適合對 Promise 的使用有一定了解的童鞋，因為過程中不會過多解釋 Promise 的基礎操作。我們從一個基礎版本開始，漸進式地完成這個 Promise，在過程中分享我的理解和觀點。內(nèi)容可能有點長，廢話不多說，我們開始吧。

基礎版本
我們先以觀察者模式作為基石來搭建一個基礎版本，實現(xiàn)的功能如下：

構造函數(shù)接受一個函數(shù) exector 作為參數(shù)，該函數(shù)的第一個參數(shù)是 resolve，作用是把 Promise 對象的狀態(tài)變?yōu)椤俺晒Α薄?br>原型方法 then 是用來注冊一個當狀態(tài)變?yōu)槌晒Φ幕卣{(diào)函數(shù)，當回調(diào)觸發(fā)時，參數(shù)是 resolve 時的決議值。
function Promise(exector) {
this.pending = [];
this.value = undefined;

const resolve = value => {
    if (this.pending) {
      this.value = value;
      for (const onFulfilled of this.pending) {
        // 通知觀察者。
        onFulfilled(this.value);
      }
      this.pending = undefined;
    }
};

exector(resolve);
}

Promise.prototype.then = function (onFulfilled) {
if (this.pending) {
    // 還沒決議，先注冊觀察者。
    this.pending.push(onFulfilled);
} else {
    // 已決議，直接通知。
    onFulfilled(this.value);
}
};

// 測試一下。
const p = new Promise(resolve => {
setTimeout(() => resolve(666), 100);
})

p.then(res => console.log('res: %s', res));

// 輸出：
// res: 666
代碼很簡單，應該不用過多解釋，上面的完整代碼在這里：p0.js[2]。

這個基礎版本有個明顯的問題：then 不能進行鏈式調(diào)用，接著就來優(yōu)化一下。

then 鏈式調(diào)用
then 的鏈式調(diào)用會返回一個新的 Promise，并且 then 中回調(diào)的返回值會使這個新的 Promise 決議為“成功”狀態(tài)。

Promise.prototype.then = function (onFulfilled) {
// “當前”Promise，對于返回的新 Promise 而言，也是“前一個”Promise。
const prev = this;

const promise = new Promise(resolve => {
    // 包裝 onFulfilled，使其可以“傳播”決議；
    // “前一個” Promise 決議后，決議返回的這個新 Promise。
    const onSpreadFulfilled = function (value) {
      resolve(onFulfilled(value));
    };

    if (prev.pending) {
      prev.pending.push(onSpreadFulfilled);
    } else {
      onSpreadFulfilled(prev.value);
    }
});

return promise;
};

// 測試一下。
const p = new Promise(resolve => {
setTimeout(() => resolve(666), 100);
});

p.then(res => {
console.log('res1: %s', res);
return res + 1;
).then(res => {
console.log('res2: %s', res);
);

// 輸出：
// res1: 666
// res2: 667
實現(xiàn)鏈式調(diào)用的關鍵是如何決議返回的新 Promise？這里我對變量做了一些有含義的命名，方便理解：

prev 是調(diào)用 then 時“當前”的 Promise，對于返回的新 Promise 而言，可以看做是“前一個”Promise。
包裝 onFulfilled——執(zhí)行完當前注冊的 onFulfilled 后，用其返回值來決議返回的那個新的 Promise。這是個關鍵步驟，為體現(xiàn)傳播的動作，將其命名為 onSpreadFulfilled。
將 onSpreadFulfilled 作為成功的回調(diào)注冊到 prev 上。
上面的完整代碼在這里：p1.js[3]。

現(xiàn)在又有個新問題，如果 resolve 的 value 是個 Promise，或者 onfulfilled 函數(shù)返回的結果是個 Promise，那么鏈式傳播的決議值不應該是這個 Promise 本身，而是這個 Promise 的決議值才對，也就是要支持 Promise 的狀態(tài)傳遞。

狀態(tài)傳遞
在實現(xiàn)狀態(tài)傳遞之前，我們先來康康如何確定一個值是不是 Promise。我們可以用原型繼承來判斷：

return value instanceof Promise;
這樣的缺點是兼容性較差，你無法強制使用者的運行環(huán)境上下文中只會用一種 Promise 的庫，或者在不同的運行上下文中傳遞 Promise 實例。所以這里我們使用鴨子類型[4] 來判斷 Promise，重點關注對象的行為，將 Promise 看作是一個 thenable 對象。

function isPromise(value) {
// 如果這個對象上可以調(diào)用 then 方法，就認為它是一個“Promise”了。
return value && typeof value.then === 'function';
}
接下來就來實現(xiàn)狀態(tài)傳遞了，實現(xiàn)的思路就是基于鴨子類型和“通知轉移”。我們先定義一個函數(shù)：

function wrapToThenable(value) {
if (isPromise(value)) {
    return value;
} else {
    return {
      then: function (onFulfilled) {
        return wrapToThenable(onFulfilled(value));
      }
    };
}
}
顧名思義，這個函數(shù)的作用是用來把一個值包裝為 thenable 對象：如果 value 是 Promise 則直接返回；如果不是就包裝并返回一個有 then 方法的對象，也就是 thenable 對象。這個 thenable 對象的作用是啥呢？接著看這里：

function Promise(exector) {
this.pending = [];
this.value = undefined;

const resolve = value => {
    if (this.pending) {
      // 包裝為 thenable。
      this.value = wrapToThenable(value);
      for (const onFulfilled of this.pending) {
        // 通知時改為調(diào)用 thenable 上的 then。
        this.value.then(onFulfilled);
      }
      this.pending = undefined;
    }
};

exector(resolve);
}
resolve 決議時，根據(jù) value 的類型不同，有兩種處理情況：

如果 value 是普通值，經(jīng)過 wrapToThenable 會包裝為 thenable 對象，通知時調(diào)用 then 方法相當于直接調(diào)用 onFulfilled。
如果 value 是 Promise，則把 onFulfilled 注冊到 value 上；等到 value 決議時，就會調(diào)用 onFulfilled。還記得鏈式調(diào)用時的 onSpreadFulfilled 嗎？這里就是“通知轉移”了，把通知下一個 Promise 的責任轉移到了 value 身上。
當然 then 也要做一點修改：

Promise.prototype.then = function (onFulfilled) {
const prev = this;

const promise = new Promise(resolve => {
    const onSpreadFulfilled = function (value) {
      resolve(onFulfilled(value));
    };

    if (prev.pending) {
      prev.pending.push(onSpreadFulfilled);
    } else {
      // 這里也要改為調(diào)用 then。
      prev.value.then(onSpreadFulfilled);
    }
});

return promise;
};

// 測試一下。
const p = new Promise(resolve => {
setTimeout(() => resolve(666), 100);
});

p.then(res => {
console.log('res1: %s', res);
return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => resolve(777), 100);
});
}).then(res => {
console.log('res2: %s', res);
});

// 輸出：
// res1: 666
// res2: 777

這里來總結一下狀態(tài)傳遞的設計思路。包裝為 thenable 對象非常關鍵，作用是保持了與 Promise 一致的行為，也就是接口一致。這樣在 resolve 時我們不用特定去判斷這個值是不是 Promise，而可以用統(tǒng)一的處理方式來通知觀察者；并且也順便完成了“通知轉移”，如果 value 還沒有決議，則 then 會注冊為回調(diào)，如果已決議則 then 會立即執(zhí)行。

上面的完整代碼在這里：p2.js[5]。接下來，我們來完善一下 reject。

失敗狀態(tài)
當 Promise 決議失敗時，then 方法里面將只執(zhí)行第二個參數(shù) onRejected 對應的回調(diào)。首先我們需要另一個包裝函數(shù)：

function wrapToRejected(value) {
return {
    then: function (_, onRejected) {
      return wrapToThenable(onRejected(value));
    }
};
}
這個函數(shù)的作用是一旦發(fā)生 reject(value) 時，我們把 value 變?yōu)榱硪环N thenable 對象，這個對象在執(zhí)行 then 時只會調(diào)用 onRejected。

然后改變一下構造函數(shù)：

function Promise(exector) {
// pending 變?yōu)橐粋€二維數(shù)組，里面存放的元素是 [onFulfilled, onRejected]。
this.pending = [];
this.value = undefined;

const resolve = value => {
    if (this.pending) {
      this.value = wrapToThenable(value);
      for (const handlers of this.pending) {
        this.value.then.apply(this.value, handlers);
      }
      this.pending = undefined;
    }
};

const reject = value => {
    resolve(wrapToRejected(value));
};

exector(resolve, reject);
}
現(xiàn)在有一個比較大的變化：this.pending 變?yōu)榱硕S數(shù)組。這樣 this.value.then.apply 在執(zhí)行時會有三種情況：

this.value 是成功決議轉換來的 thenable 對象，還記得 wrapToThenable 嗎？then 被執(zhí)行時只會調(diào)用 onFulfilled。
this.value 是失敗決議轉換來的 thenable 對象，then 被執(zhí)行時只會調(diào)用 onRejected。
this.value 是一個 Promise，決議會轉移到這個 Promise 上。
同樣 then 方法也要做一些修改：

Promise.prototype.then = function (onFulfilled, onRejected) {
const prev = this;

// 注意這里給了 onFulfilled、onRejected 默認值。
onFulfilled =
    onFulfilled ||
    function (value) {
      return value;
    };
onRejected =
    onRejected ||
    function (value) {
      return wrapToRejected(value);
    };

const promise = new Promise(resolve => {
    const onSpreadFulfilled = function (value) {
      resolve(onFulfilled(value));
    };
    const onSpreadRejected = function (value) {
      resolve(onRejected(value));
    };

    if (prev.pending) {
      prev.pending.push([onSpreadFulfilled, onSpreadRejected]);
    } else {
      prev.value.then(onSpreadFulfilled, onSpreadRejected);
    }
});

return promise;
};

// 測試一下。
const p = new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => reject(666), 100);
});

p.then(undefined, err => {
console.log('err1: %s', err);
return 1;
}).then(res => {
console.log('res1: %s', res);
});

// 輸出：
// err1: 666
// res1: 1
我們要特別注意一下增加了 onFulfilled、onRejected 的默認值。在實際使用 then 時，可能只會專注處理成功或者失敗的回調(diào)，但是我們又需要另外一種狀態(tài)要繼續(xù)傳播下去。這里可能有點不好理解，可以代入數(shù)據(jù)模擬一下。上面的完整代碼在這里：p3.js[6]。

又到了思考總結時間，thenable 這個接口是關鍵所在。通過兩個包裝對象，分別處理成功和失敗的狀態(tài)，在通知觀察者時可以保持統(tǒng)一的邏輯，這個設計是不是感覺很妙呢？

接下來我們要處理一下調(diào)用時會產(chǎn)生異常的問題。

異常處理
我們先思考一下會有哪些地方會產(chǎn)生異常？第一個是構造函數(shù)里面 exector 執(zhí)行的時候：

function Promise(exector) {
this.pending = [];
this.value = undefined;

const resolve = value => {
    // ...
};

const reject = value => {
    resolve(wrapToRejected(value));
};

try {
    exector(resolve, reject);
} catch (e) {
    // 如果有異常產(chǎn)生，狀態(tài)變?yōu)椤笆　薄?br>    reject(e);
}
}
然后是onFulfilled 和 onRejected 執(zhí)行的時候。當在以上兩個方法里產(chǎn)生異常時，狀態(tài)要變?yōu)槭?，并且需要把異常傳播下去。then 的改動如下：

Promise.prototype.then = function (onFulfilled, onRejected) {
// ...
// 產(chǎn)生異常的時候包裝一下。
const errHandler = returnWhenError(err => wrapToRejected(err));
onFulfilled = errHandler(onFulfilled);
onRejected = errHandler(onRejected);

const promise = new Promise(resolve => {
    const onSpreadFulfilled = function (value) {
      resolve(onFulfilled(value));
    };
    const onSpreadRejected = function (value) {
      resolve(onRejected(value));
    };

    if (prev.pending) {
      prev.pending.push([onSpreadFulfilled, onSpreadRejected]);
    } else {
      prev.value.then(onSpreadFulfilled, onSpreadRejected);
    }
});

return promise;
};

// 封裝為一個可重用的高階函數(shù)。
// 如果 fun 執(zhí)行失敗了，則返回 onError 的結果。
function returnWhenError(onError) {
return fun =>
    (...args) => {
      let result;

      try {
        result = fun(...args);
      } catch (e) {
        result = onError(e);
      }

      return result;
    };
}
然后我們可以加入 catch 方法：

Promise.prototype.catch = function (onRejected) {
// 在 then 中忽略掉“成功”狀態(tài)的回調(diào)。
return Promise.prototype.then.call(this, undefined, onRejected);
};

// 測試一下。
const p = new Promise(resolve => {
setTimeout(() => resolve(666), 100);
});

p.then(res => {
console.log('res1: %s', res);
throw new Error('test error1');
}).then(undefined, err => {
console.log('err1: %s', err.message);
throw new Error('test error2');
}).catch(err => {
console.log('err2: %s', err.message);
});

// 輸出：
// res1: 666
// err1: test error1
// err2: test error2
上面的完整代碼在這里：p4.js[7]。

到了這里，基本上 Promise 的基本功能就差不多完成了。不過還有一些不太完善的地方，我們來繼續(xù)做一些優(yōu)化。

一些優(yōu)化
封裝私有變量
this.pending 和 this.value 從外部是可以讀寫的，不夠安全和健壯。而我又還是想用構造函數(shù)和原型方法，不想用閉包來封裝。我這里采用的是 WeakMap[8] 來達到目的，關鍵的修改如下：

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