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Promise原理及实现

Promise标准解读

只有一个then方法，没有catch，race，all等方法，甚至没有构造函数

Promise标准中仅指定了Promise对象的then方法的行为，其它一切我们常见的方法/函数都并没有指定，包括catch，race，all等常用方法，甚至也没有指定该如何构造出一个Promise对象，另外then也没有一般实现中（Q, $q等）所支持的第三个参数，一般称onProgress
then方法返回一个新的Promise

Promise的then方法返回一个新的Promise，而不是返回this。
```
promise2 = promise1.then(alert)
promise2 != promise1 // true
```
不同Promise的实现需要可以相互调用(interoperable)
Promise的初始状态为pending，它可以由此状态转换为fulfilled（本文为了一致把此状态叫做resolved）或者rejected，一旦状态确定，就不可以再次转换为其它状态，状态确定的过程称为settle

一步一步实现一个Promise

下面我们就来一步一步实现一个Promise

构造函数

因为标准并没有指定如何构造一个Promise对象，所以我们同样以目前一般Promise实现中通用的方法来构造一个Promise对象，也是ES6原生Promise里所使用的方式，即：

// Promise构造函数接收一个executor函数，executor函数执行完同步或异步操作后，调用它的两个参数resolve和reject
var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  /*
    如果操作成功，调用resolve并传入value
    如果操作失败，调用reject并传入reason
  */
})

我们先实现构造函数的框架如下：

function Promise(executor) {
  var self = this
  self.status = 'pending' // Promise当前的状态
  self.data = undefined  // Promise的值
  self.onResolvedCallback = [] // Promise resolve时的回调函数集，因为在Promise结束之前有可能有多个回调添加到它上面
  self.onRejectedCallback = [] // Promise reject时的回调函数集，因为在Promise结束之前有可能有多个回调添加到它上面

  executor(resolve, reject) // 执行executor并传入相应的参数
}

上面的代码基本实现了Promise构造函数的主体，但目前还有两个问题：

我们给executor函数传了两个参数：resolve和reject，这两个参数目前还没有定义
executor有可能会出错（throw），类似下面这样，而如果executor出错，Promise应该被其throw出的值reject：
```
new Promise(function(resolve, reject) {
  throw 2
})
```

所以我们需要在构造函数里定义resolve和reject这两个函数：

function Promise(executor) {
  var self = this
  self.status = 'pending' // Promise当前的状态
  self.data = undefined  // Promise的值
  self.onResolvedCallback = [] // Promise resolve时的回调函数集，因为在Promise结束之前有可能有多个回调添加到它上面
  self.onRejectedCallback = [] // Promise reject时的回调函数集，因为在Promise结束之前有可能有多个回调添加到它上面

  function resolve(value) {
    // TODO
  }

  function reject(reason) {
    // TODO
  }

  try { // 考虑到执行executor的过程中有可能出错，所以我们用try/catch块给包起来，并且在出错后以catch到的值reject掉这个Promise
    executor(resolve, reject) // 执行executor
  } catch(e) {
    reject(e)
  }
}

resolve和reject这两个函数能不能不定义在构造函数里呢？考虑到我们在executor函数里是以resolve(value)，reject(reason)的形式调用的这两个函数，而不是以resolve.call(promise, value)，reject.call(promise, reason)这种形式调用的，所以这两个函数在调用时的内部也必然有一个隐含的this，也就是说，要么这两个函数是经过bind后传给了executor，要么它们定义在构造函数的内部，使用self来访问所属的Promise对象。所以如果我们想把这两个函数定义在构造函数的外部，确实是可以这么写的：

function resolve() {
  // TODO
}
function reject() {
  // TODO
}
function Promise(executor) {
  try {
    executor(resolve.bind(this), reject.bind(this))
  } catch(e) {
    reject.bind(this)(e)
  }
}

但是众所周知，bind也会返回一个新的函数，这么一来还是相当于每个Promise对象都有一对属于自己的resolve和reject函数，就跟写在构造函数内部没什么区别了，所以我们就直接把这两个函数定义在构造函数里面了。不过话说回来，如果浏览器对bind的所优化，使用后一种形式应该可以提升一下内存使用效率。

另外我们这里的实现并没有考虑隐藏this上的变量，这使得这个Promise的状态可以在executor函数外部被改变，在一个靠谱的实现里，构造出的Promise对象的状态和最终结果应当是无法从外部更改的。

接下来，我们实现resolve和reject这两个函数

function Promise(executor) {
  // ...

  function resolve(value) {
    if (self.status === 'pending') {
      self.status = 'resolved'
      self.data = value
      for(var i = 0; i < self.onResolvedCallback.length; i++) {
        self.onResolvedCallback[i](value)
      }
    }
  }

  function reject(reason) {
    if (self.status === 'pending') {
      self.status = 'rejected'
      self.data = reason
      for(var i = 0; i < self.onRejectedCallback.length; i++) {
        self.onRejectedCallback[i](reason)
      }
    }
  }

  // ...
}

基本上就是在判断状态为pending之后把状态改为相应的值，并把对应的value和reason存在self的data属性上面，之后执行相应的回调函数，逻辑很简单，这里就不多解释了。

then方法

Promise对象有一个then方法，用来注册在这个Promise状态确定后的回调，很明显，then方法需要写在原型链上。then方法会返回一个Promise，关于这一点，Promise/A+标准并没有要求返回的这个Promise是一个新的对象，但在Promise/A标准中，明确规定了then要返回一个新的对象，目前的Promise实现中then几乎都是返回一个新的Promise对象，所以在我们的实现中，也让then返回一个新的Promise对象。

关于这一点，我认为标准中是有一点矛盾的：

标准中说，如果promise2 = promise1.then(onResolved, onRejected)里的onResolved/onRejected返回一个Promise，则promise2直接取这个Promise的状态和值为己用，但考虑如下代码：

promise2 = promise1.then(function foo(value) {
  return Promise.reject(3)
})

此处如果foo运行了，则promise1的状态必然已经确定且为resolved，如果then返回了this（即promise2 === promise1），说明promise2和promise1是同一个对象，而此时promise1/2的状态已经确定，没有办法再取Promise.reject(3)的状态和结果为己用，因为Promise的状态确定后就不可再转换为其它状态。

另外每个Promise对象都可以在其上多次调用then方法，而每次调用then返回的Promise的状态取决于那一次调用then时传入参数的返回值，所以then不能返回this，因为then每次返回的Promise的结果都有可能不同。

下面我们来实现then方法：

// then方法接收两个参数，onResolved，onRejected，分别为Promise成功或失败后的回调
Promise.prototype.then = function(onResolved, onRejected) {
  var self = this
  var promise2

  // 根据标准，如果then的参数不是function，则我们需要忽略它，此处以如下方式处理
  onResolved = typeof onResolved === 'function' ? onResolved : function(v) {}
  onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : function(r) {}

  if (self.status === 'resolved') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {

    })
  }

  if (self.status === 'rejected') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {

    })
  }

  if (self.status === 'pending') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {

    })
  }
}

Promise总共有三种可能的状态，我们分三个if块来处理，在里面分别都返回一个new Promise。

根据标准，我们知道，对于如下代码，promise2的值取决于then里面函数的返回值：

promise2 = promise1.then(function(value) {
  return 4
}, function(reason) {
  throw new Error('sth went wrong')
})

如果promise1被resolve了，promise2的将被4 resolve，如果promise1被reject了，promise2将被new Error('sth went wrong') reject，更多复杂的情况不再详述。

所以，我们需要在then里面执行onResolved或者onRejected，并根据返回值(标准中记为x)来确定promise2的结果，并且，如果onResolved/onRejected返回的是一个Promise，promise2将直接取这个Promise的结果：

Promise.prototype.then = function(onResolved, onRejected) {
  var self = this
  var promise2

  // 根据标准，如果then的参数不是function，则我们需要忽略它，此处以如下方式处理
  onResolved = typeof onResolved === 'function' ? onResolved : function(value) {}
  onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : function(reason) {}

  if (self.status === 'resolved') {
    // 如果promise1(此处即为this/self)的状态已经确定并且是resolved，我们调用onResolved
    // 因为考虑到有可能throw，所以我们将其包在try/catch块里
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      try {
        var x = onResolved(self.data)
        if (x instanceof Promise) { // 如果onResolved的返回值是一个Promise对象，直接取它的结果做为promise2的结果
          x.then(resolve, reject)
        }
        resolve(x) // 否则，以它的返回值做为promise2的结果
      } catch (e) {
        reject(e) // 如果出错，以捕获到的错误做为promise2的结果
      }
    })
  }

  // 此处与前一个if块的逻辑几乎相同，区别在于所调用的是onRejected函数，就不再做过多解释
  if (self.status === 'rejected') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      try {
        var x = onRejected(self.data)
        if (x instanceof Promise) {
          x.then(resolve, reject)
        }
      } catch (e) {
        reject(e)
      }
    })
  }

  if (self.status === 'pending') {
  // 如果当前的Promise还处于pending状态，我们并不能确定调用onResolved还是onRejected，
  // 只能等到Promise的状态确定后，才能确实如何处理。
  // 所以我们需要把我们的**两种情况**的处理逻辑做为callback放入promise1(此处即this/self)的回调数组里
  // 逻辑本身跟第一个if块内的几乎一致，此处不做过多解释
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      self.onResolvedCallback.push(function(value) {
        try {
          var x = onResolved(self.data)
          if (x instanceof Promise) {
            x.then(resolve, reject)
          }
        } catch (e) {
          reject(e)
        }
      })

      self.onRejectedCallback.push(function(reason) {
        try {
          var x = onRejected(self.data)
          if (x instanceof Promise) {
            x.then(resolve, reject)
          }
        } catch (e) {
          reject(e)
        }
      })
    })
  }
}

// 为了下文方便，我们顺便实现一个catch方法
Promise.prototype.catch = function(onRejected) {
  return this.then(null, onRejected)
}

至此，我们基本实现了Promise标准中所涉及到的内容，但还有几个问题：

不同的Promise实现之间需要无缝的可交互，即Q的Promise，ES6的Promise，和我们实现的Promise之间以及其它的Promise实现，应该并且是有必要无缝相互调用的，比如：

// 此处用MyPromise来代表我们实现的Promise
new MyPromise(function(resolve, reject) { // 我们实现的Promise
  setTimeout(function() {
    resolve(42)
  }, 2000)
}).then(function() {
  return new Promise.reject(2) // ES6的Promise
}).then(function() {
  return Q.all([ // Q的Promise
    new MyPromise(resolve=>resolve(8)), // 我们实现的Promise
    new Promise.resolve(9), // ES6的Promise
    Q.resolve(9) // Q的Promise
  ])
})

我们前面实现的代码并没有处理这样的逻辑，我们只判断了onResolved/onRejected的返回值是否为我们实现的Promise的实例，并没有做任何其它的判断，所以上面这样的代码目前是没有办法在我们的Promise里正确运行的。

下面这样的代码目前也是没办法处理的：
```
new Promise(resolve=>resolve(8))
  .then()
  .then()
  .then(function foo(value) {
    alert(value)
  })
```
正确的行为应该是alert出8，而如果拿我们的Promise，运行上述代码，将会alert出undefined。这种行为称为穿透，即8这个值会穿透两个then(说Promise更为准确)到达最后一个then里的foo函数里，成为它的实参，最终将会alert出8。

下面我们首先处理简单的情况，值的穿透

Promise值的穿透

通过观察，会发现我们希望下面这段代码

new Promise(resolve=>resolve(8))
  .then()
  .catch()
  .then(function(value) {
    alert(value)
  })

跟下面这段代码的行为是一样的

new Promise(resolve=>resolve(8))
  .then(function(value){
    return value
  })
  .catch(function(reason){
    throw reason
  })
  .then(function(value) {
    alert(value)
  })

所以如果想要把then的实参留空且让值可以穿透到后面，意味着then的两个参数的默认值分别为function(value) {return value}，function(reason) {throw reason}。
所以我们只需要把then里判断onResolved和onRejected的部分改成如下即可：

onResolved = typeof onResolved === 'function' ? onResolved : function(value) {return value}
onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : function(reason) {throw reason}

于是Promise神奇的值的穿透也没有那么黑魔法，只不过是then默认参数就是把值往后传或者抛

不同Promise的交互

关于不同Promise间的交互，其实标准里是有说明的，其中详细指定了如何通过then的实参返回的值来决定promise2的状态，我们只需要按照标准把标准的内容转成代码即可。

这里简单解释一下标准：

即我们要把onResolved/onRejected的返回值，x，当成一个可能是Promise的对象，也即标准里所说的thenable，并以最保险的方式调用x上的then方法，如果大家都按照标准实现，那么不同的Promise之间就可以交互了。而标准为了保险起见，即使x返回了一个带有then属性但并不遵循Promise标准的对象（比如说这个x把它then里的两个参数都调用了，同步或者异步调用（PS，原则上then的两个参数需要异步调用，下文会讲到），或者是出错后又调用了它们，或者then根本不是一个函数），也能尽可能正确处理。

最后，我们刚刚说到，原则上，promise.then(onResolved, onRejected)里的这两相函数需要异步调用，关于这一点，标准里也有说明：

In practice, this requirement ensures that onFulfilled and onRejected execute asynchronously, after the event loop turn in which then is called, and with a fresh stack.

所以我们需要对我们的代码做一点变动，即在四个地方加上setTimeout(fn, 0)。

事实上，即使不参照标准，最终在自测试时也会发现如果then的参数不以异步的方式调用，有些情况下Promise会不按预期的方式行为，通过不断的自测，最终你必然会让then的参数异步执行，让executor函数立即执行。本人在一开始实现Promise时就没有参照标准，而是自己凭经验测试，最终发现的这个问题。

至此，我们就实现了一个的Promise，完整代码如下：

try {
  module.exports = Promise
} catch (e) {}

function Promise(executor) {
  var self = this

  self.status = 'pending'
  self.onResolvedCallback = []
  self.onRejectedCallback = []

  function resolve(value) {
    if (value instanceof Promise) {
      return value.then(resolve, reject)
    }
    setTimeout(function() { // 异步执行所有的回调函数
      if (self.status === 'pending') {
        self.status = 'resolved'
        self.data = value
        for (var i = 0; i < self.onResolvedCallback.length; i++) {
          self.onResolvedCallback[i](value)
        }
      }
    })
  }

  function reject(reason) {
    setTimeout(function() { // 异步执行所有的回调函数
      if (self.status === 'pending') {
        self.status = 'rejected'
        self.data = reason
        for (var i = 0; i < self.onRejectedCallback.length; i++) {
          self.onRejectedCallback[i](reason)
        }
      }
    })
  }

  try {
    executor(resolve, reject)
  } catch (reason) {
    reject(reason)
  }
}

function resolvePromise(promise2, x, resolve, reject) {
  var then
  var thenCalledOrThrow = false

  if (promise2 === x) {
    return reject(new TypeError('Chaining cycle detected for promise!'))
  }

  if (x instanceof Promise) {
    if (x.status === 'pending') { //because x could resolved by a Promise Object
      x.then(function(v) {
        resolvePromise(promise2, v, resolve, reject)
      }, reject)
    } else { //but if it is resolved, it will never resolved by a Promise Object but a static value;
      x.then(resolve, reject)
    }
    return
  }

  if ((x !== null) && ((typeof x === 'object') || (typeof x === 'function'))) {
    try {
      then = x.then //because x.then could be a getter
      if (typeof then === 'function') {
        then.call(x, function rs(y) {
          if (thenCalledOrThrow) return
          thenCalledOrThrow = true
          return resolvePromise(promise2, y, resolve, reject)
        }, function rj(r) {
          if (thenCalledOrThrow) return
          thenCalledOrThrow = true
          return reject(r)
        })
      } else {
        resolve(x)
      }
    } catch (e) {
      if (thenCalledOrThrow) return
      thenCalledOrThrow = true
      return reject(e)
    }
  } else {
    resolve(x)
  }
}

Promise.prototype.then = function(onResolved, onRejected) {
  var self = this
  var promise2
  onResolved = typeof onResolved === 'function' ? onResolved : function(v) {
    return v
  }
  onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : function(r) {
    throw r
  }

  if (self.status === 'resolved') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(function() { // 异步执行onResolved
        try {
          var x = onResolved(self.data)
          resolvePromise(promise2, x, resolve, reject)
        } catch (reason) {
          reject(reason)
        }
      })
    })
  }

  if (self.status === 'rejected') {
    return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(function() { // 异步执行onRejected
try {
          var x = onRejected(self.data)
          resolvePromise(promise2, x, resolve, reject)
        } catch (reason) {
          reject(reason)
        }
      })
    })
  }

  if (self.status === 'pending') {
    // 这里之所以没有异步执行，是因为这些函数必然会被resolve或reject调用，而resolve或reject函数里的内容已是异步执行，构造函数里的定义
return promise2 = new Promise(function(resolve, reject) {
      self.onResolvedCallback.push(function(value) {
        try {
          var x = onResolved(value)
          resolvePromise(promise2, x, resolve, reject)
        } catch (r) {
          reject(r)
        }
      })

      self.onRejectedCallback.push(function(reason) {
          try {
            var x = onRejected(reason)
            resolvePromise(promise2, x, resolve, reject)
          } catch (r) {
            reject(r)
          }
        })
    })
  }
}

Promise.prototype.catch = function(onRejected) {
  return this.then(null, onRejected)
}

Promise.deferred = Promise.defer = function() {
  var dfd = {}
  dfd.promise = new Promise(function(resolve, reject) {
    dfd.resolve = resolve
    dfd.reject = reject
  })
  return dfd
}

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