JavaScript实现并发控制的方法

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一、前言

在开发过程中，有时会遇到需要控制任务并发执行数量的需求。

例如一个爬虫程序，可以通过限制其并发任务数量来降低请求频率，从而避免由于请求过于频繁被封禁问题的发生。

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();

上述示例代码利用 Promise.all 方法模拟6个任务并发执行的场景，执行完所有任务的总耗时为 3000 毫秒。

下面会采用该示例来验证实现方法的正确性。

三、实现

由于任务并发执行的数量是有限的，那么就需要一种数据结构来管理不断产生的任务。

队列的**「先进先出」特性可以保证任务并发执行的顺序，在 JavaScript 中可以通过「数组来模拟队列」**：

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

对于每一个任务，需要管理其执行函数和参数：

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

接下来实现核心的 TaskPool 类，该类主要用来控制任务的执行：

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 包含三个关键方法：

•  addTask: 将新的任务放入队列当中，并触发任务池状态检测，如果当前任务池非满载状态，则从队列中取出任务放入任务池中执行。

•  runTask: 执行当前任务，任务执行完成之后，更新任务池状态，此时触发主动拉取新任务的机制。

•  pullTask: 如果当前队列不为空，且任务池不满载，则主动取出队列中的任务执行。

接下来，将前面示例的并发数控制为2个：

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();

执行流程如下：

最终执行任务的总耗时为 5000 毫秒。

四、高阶函数优化参数传递

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

手动传递每个任务的参数的方式显得非常繁琐，这里可以通过**「高阶函数实现参数的自动透传」**：

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));            }          })        }      }

改造之后的代码显得简洁了很多：

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

五、优化出队操作

数组一般都是基于一块**「连续内存」**来存储，当调用数组的 shift 方法时，首先是删除头部元素（时间复杂度 O(1)），然后需要将未删除元素左移一位（时间复杂度 O(n)），所以 shift 操作的时间复杂度为 O(n)。

由于 JavaScript 语言的特性，V8 在实现 JSArray 的时候给出了一种空间和时间权衡的解决方案，在不同的场景下，JSArray 会在 FixedArray 和 HashTable 两种模式间切换。

在 hashTable 模式下，shift 操作省去了左移的时间复杂度，其时间复杂度可以降低为 O(1)，即使如此，shift 仍然是一个耗时的操作。

在数组元素比较多且需要频繁执行 shift 操作的场景下，可以通过 「reverse + pop」 的方式优化。

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      })

通过 benchmark.js 跑出的基准测试数据，可以很容易地看出哪种方式的效率更高：

回顾之前 Queue 类的实现，由于只有一个数组来存储任务，直接使用 reverse + pop 的方式，必然会影响任务执行的次序。

这里就需要引入双数组的设计，一个数组负责入队操作，一个数组负责出队操作。

class HighPerformanceQueue {       constructor() {         this.q1 = []; // 用于 push 数据         this.q2 = []; // 用于 shift 数据       }         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; // 感谢 @shaonialife 同学指正           q2 = this.q2 = q1.reverse();         }         return q2.pop();       }       isEmpty() {         if (this.q1.length === 0 && this.q2.length === 0) {         return true;        }         return false;       }     }

最后通过基准测试来验证优化的效果：

关于“JavaScript实现并发控制的方法”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识，可以关注创新互联行业资讯频道，小编每天都会为大家更新不同的知识点。