依赖反转 + 迭代器思想，实现setTimeout面向next编程

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前言

本着遇到问题，解决问题，记录方案，思考问题的原则，写一个专栏 从问题到提问， 欢迎大家关注。

上一篇专栏的文章是 两个数组数据的高效合并方案。

先举个定时器的例子

每1秒执行一次，3次后，停止调用。

const nextFactory = createTimeoutGenerator();

let context = {
    counts: 0
};

nextFactory.start(function (this: any, next: Function) {
    context.counts ++;
    
    console.log("counts", context.counts);
    if(context.counts > 3){
        nextFactory.cancel();
    }
    
    next();

}, context);

image.png

定时器

前端常见三大定时器setTimeout, setInterval, requestAnimationFrame

setInterval的坑不是本文讨论的重点，所以剩下的选择是 setTimeout, requestAnimationFrame。

有很多时候，我们需要多次调用定时器，比如验证码倒计时，canvas绘制。 基本都是处理完数据后，进入下一个周期， 我们一起看看例子。

定时器应用

setTimeout

我们用原生代码实现一个60秒倒计时，并支持暂停，继续的功能，来看一看代码： 大概是下面这个样子：

image.png

 <div class="wrapper">
        <span id="seconds">60</span>
        <div>
            <button id="btnPause">暂停</button>
            <button id="btnContinue">继续</button>
        </div>

    </div>

    <script>
        const secondsEl = document.getElementById("seconds");
        const INTERVAL = 1000;
        let ticket;
        let seconds = 60;

        function setSeconds(val) {
            secondsEl.innerText = val;
        }

        function onTimeout() {
            seconds--;
            setSeconds(seconds);
            ticket = setTimeout(onTimeout, INTERVAL);
        }

        ticket = setTimeout(onTimeout, INTERVAL);

        document.getElementById("btnPause").addEventListener("click", () => {
            clearTimeout(ticket);
        });

        document.getElementById("btnContinue").addEventListener("click", () => {
            ticket = setTimeout(onTimeout, INTERVAL);
        });


    </script>

有没有，什么问题？ 我觉得有，

  1. INTERVAL,ticket和setTimeout满天飞， 不够高雅，我们应该更关心业务的处理；
  2. 有多处类似的逻辑，就得重复的写setTimeout，缺少复用；
  3. 语义不好

当然，大家肯定都有自己的封装，我这里要解决的是定时器的封装，与页面和逻辑无关。

我们不妨再看一段代码：
一样的功能，看起来简洁很多，而且语义很清晰。

  • start: 开始
  • cancel: 取消
  • continue: 继续
    <div class="wrapper">
        <span id="seconds">60</span>
        <div>
            <button id="btnPause">暂停</button>
            <button id="btnContinue">继续</button>
        </div>

    </div>

    <script src="../dist/index.js"></script>
    <script>

        const nextFactory = createTimeoutGenerator();

        const secondsEl = document.getElementById("seconds");
        let seconds = 60;
        
        function setSeconds(val) {
            secondsEl.innerText = val;
        };

        nextFactory.start(function(next){
            seconds--;
            setSeconds(seconds);
            next();            
        });

        document.getElementById("btnPause").addEventListener("click", () => {
            nextFactory.cancel();
        });

        document.getElementById("btnContinue").addEventListener("click", () => {
            nextFactory.continue();
        });

    </script>

requestAnimationFrame

再一起来看一个canvas绘制的例子，我们每隔一个绘制周期，就把当前的时间戳画在画布上。 大概是这个样子：

image.png 同样的，可以暂停和继续。

  • drawTime 绘制时间
  • requestAnimationFrame 启动定时器
  • 两个按钮的点击事件，分别处理暂停和继续 先一起来看看原生JS的基础版本：
    <div style="margin: 50px;">
        <canvas id="canvas" height="300" width="300"></canvas>
    </div>
    <div>
        <div>
            <button id="btnPause">暂停</button>
            <button id="btnContinue">继续</button>
        </div>
    </div>

    <script>

        let ticket;

        const canvasEl = document.getElementById("canvas");
        const ctx = canvasEl.getContext("2d");
        ctx.fillStyle = "#f00";
        ctx.fillRect(0, 0, 300, 300);


        function drawTime() {
            ctx.clearRect(0, 0, 300, 300);
            ctx.fillStyle = "#f00";
            ctx.fillRect(0, 0, 300, 300);

            ctx.fillStyle = "#000";
            ctx.font = "bold 20px Arial";
            ctx.fillText(Date.now(), 100, 100);
        }

        function onRequestAnimationFrame() {
            drawTime();
            ticket = requestAnimationFrame(onRequestAnimationFrame);
        }

        ticket = requestAnimationFrame(onRequestAnimationFrame);
        
        document.getElementById("btnPause").addEventListener("click", () => {
            cancelAnimationFrame(ticket);
        });

        document.getElementById("btnContinue").addEventListener("click", () => {
            requestAnimationFrame(onRequestAnimationFrame);
        });

    </script>

问题依旧，我们看看另外一个版本：

    const nextFactory = createRequestAnimationFrameGenerator();

    const canvasEl = document.getElementById("canvas");
    const ctx = canvasEl.getContext("2d");
    ctx.fillStyle = "#f00";
    ctx.fillRect(0, 0, 300, 300);

    function drawTime() {
        ctx.clearRect(0, 0, 300, 300);
        ctx.fillStyle = "#f00";
        ctx.fillRect(0, 0, 300, 300);

        ctx.fillStyle = "#000";
        ctx.font = "bold 20px Arial";
        ctx.fillText(Date.now(), 100, 100);
    }

    nextFactory.start((next)=>{
        drawTime();
        next();
    });

    document.getElementById("btnPause").addEventListener("click", () => {
        nextFactory.cancel();
    });

    document.getElementById("btnContinue").addEventListener("click", () => {
        nextFactory.continue();
    });

这里大家都注意到了，createTimeoutGenerator与createRequestAnimationFrameGenerator 是关键，是魔法关键，我们来揭开面纱。

createTimeoutGenerator 的背后

因标题太长，应该是createTimeoutGenerator与createRequestAnimationFrameGenerator的背后。

createTimeoutGenerator的代码：

其内部构造了一个具有 execute与cancel属性的对象，然后实例化了一个NextGenerator, 也就是说，NextGenerator才是核心。

export function createTimeoutGenerator(interval: number = 1000) {
    const timeoutGenerator = function (cb: Function) {

        let ticket: number;
        function execute() {
            ticket = setTimeout(cb, interval);
        }

        return {
            execute,
            cancel: function () {
                clearTimeout(ticket);
            }
        }
    }

    const factory = new NextGenerator(timeoutGenerator);
    return factory;
}

迫不及待打开createRequestAnimationFrameGenerator:

顿然醒悟，妙啊，秒啊。

export function createRequestAnimationFrameGenerator() {

    const requestAnimationFrameGenerator = function (cb: FrameRequestCallback) {

        let ticket: any;
        function execute() {
            ticket = window.requestAnimationFrame(cb);
        }

        return {
            execute,
            cancel: function () {
                cancelAnimationFrame(ticket);
            }
        }
    }

    const factory = new NextGenerator(requestAnimationFrameGenerator);
    return factory
}

随心所欲的next

看完了createTimeoutGenerator与createRequestAnimationFrameGenerator。 你是不是可以大胆的认为，只要我构造一个对象有execute与cancel方法，就能弄出一个NextGenerator， 然后嚣张的调用

  • start
  • cancel
  • continue

答案，是的。

我们不妨，现在造一个，时间翻倍的计时器， 第一次 100ms， 第二次200ms, 第二次 400ms, 依着葫芦画瓢：

export function createStepUpGenerator(interval: number = 1000) {

    const stepUpGenerator = function (cb: Function) {
        let ticket: any;
        function execute() {
            interval = interval * 2;
            ticket = setTimeout(cb, interval);
        }

        return {
            execute,
            cancel: function () {
                clearTimeout(ticket);
            }
        }
    }

    const factory = new NextGenerator(stepUpGenerator);
    return factory;
}

interval参数为第一次默认的初始值，之后翻倍。 一次执行一下看看结果。
测试代码：

const nextFactory = createStepUpGenerator(100);

let lastTime = Date.now();
nextFactory.start(function (this: any, next, ...args: any[]) {
  
    const now = Date.now();

    console.log("time:", Date.now());
    console.log("costt time", now - lastTime);
    lastTime = now;
    console.log(" ");

    next();  
})

image.png

如你所愿，现在你可以为所欲为，你要你想得到，不管是 setTimeout, requestAnimationFrame， Promise, async/await等等，你都可以用来创造一个属于你自己节拍的定时器。

宏观思路

分析到这，这里说一下思路

  1. 面向next编程
  2. 依赖反转
  3. 组合优先于继承

面向next编程（迭代器）

这个叫，纯属我个人喜欢。 其属于迭代器模式。

我们调用一次后，需要在一定的时机后调用下一次，是不是 next 呢？

前端原生自带的有：

  1. Iterator
  2. Generator

可能有些人记不得了，我贴个Iterator的代码吧：

class RangeIterator {
  constructor(start, stop) {
    this.value = start;
    this.stop = stop;
  }

  [Symbol.iterator]() { return this; }

  next() {
    var value = this.value;
    if (value < this.stop) {
      this.value++;
      return {done: false, value: value};
    }
    return {done: true, value: undefined};
  }
}

function range(start, stop) {
  return new RangeIterator(start, stop);
}

for (var value of range(0, 3)) {
  console.log(value); // 0, 1, 2
}

前端框架 redux的中间件，是不是也有那个next。

至于后台服务的 express与koa，大家都熟悉，就不提了。

依赖反转

引用 王争 设计模式之美里面的话

高层模块（high-level modules）不要依赖低层模块（low-level）。高层模块和低层模块应该通过抽象（abstractions）来互相依赖。除此之外，抽象（abstractions）不要依赖具体实现细节（details），具体实现细节（details）依赖抽象（abstractions）。

所谓高层模块和低层模块的划分，简单来说就是，在调用链上，调用者属于高层，被调用者属于低层。

NextGenerator 就是高层模块，我们编写的具有execute和cancel属性的对象是低层模块。

NextGenerator 和具有execute和cancel属性的对象并没有直接的依赖关系，两者都依赖同一个“抽象”。

我们用TS来描述一下这个抽象：
NextFnInfo就这个抽象

interface Unsubscribe {
    (): void
}

interface CallbackFunction<T = any> {
    (context: T, ...args: any[]): void
}

interface NextFnInfo<T = any> {
    cancel: Unsubscribe
    execute: (next: CallbackFunction<T>) => any
}

细心的肯定发现了，其实next函数是还有context和其他参数的，没错。

前面为了简化代码，都去掉了， context就是 start传入的回调函数的this上下文。

const nextFactory = createTimeoutGenerator();

let context = {
    val: 0
};

nextFactory.start(function (this: any, next, ...args: any[]) {

  
    console.log("this", this);  // this { val: 0 }
    console.log("args", ...args); // args param1 param2

    nextFactory.cancel();

}, context, "param1", "param2")

仔细看代码注释:

  1. this 等于 context
  2. param1与 param2被原封不动传递

其实，还有更进一层的信息， next 函数是可以重新传递 context与其他参数的。

再秀一把：
我们执行完毕后，next传递{ a: 10 }作为上下文，下次调用检查a是不是等于10， 如果等于，停止调用。

const nextFactory = createTimeoutGenerator();

let context = {
    val: 0
};

nextFactory.start(function (this: any, next, ...args: any[]) {

    console.log("this", this);  // this { val: 0 }
    console.log("args", ...args); // args param1 param2


    next({ a: 10 }, "param-1", "param-2");

    if (this.a === 10) {
        nextFactory.cancel();
    }

}, context, "param1", "param2")

输出结果:

this { val: 0 }
args param1 param2
this { a: 10 }
args param-1 param-2

组合优先于继承

实际上，完全可以写一个类，留有一些抽象的方法，然后重写。
但是我个人也是喜欢组合优先于继承的思路。

核心之NextGenerator

状态

我们实现说明一些规则

  1. cancel 之后， next 不会触发下一次， 只能调用continue 恢复；
  2. 执行函数中，多次调用 next 只会生效一次

基于上，我们大致有几种关键状态

  1. 等待中，已经请求计划
  2. 执行中
  3. 取消

缓存参数

通过上面的代码，我们得知，我们是可以传递上下文和参数的，也还可以通过next的参数覆盖的，所以我们要缓存这些参数。

上下文

更改函数的上下文有多种手段：

  1. 绑定到一个对象上
  2. call
  3. apply
  4. 箭头函数
  5. bind
  6. 其他

我们这里采用的是bind，因为其返回的依旧是一个函数，提供了更多的操作空间。

代码全文

源码导读：

  1. 其最核心的代码是就是next方法 其调用了NextFnGenerator实例生成了一个新的对象NextFnInfo的实例，其提供了获取下一次执行计划和取消下一次执行计划的方法。

  2. 其最精彩的是execute方法 其被next方法绑定了上下文，以及传入的所有参数。
    这决定了它既能够和NextGenerator实例交互，又能拿到所有的参数，执行回调函数。

一些TS申明：

interface Unsubscribe {
    (): void
}

interface CallbackFunction<T = any> {
    (context: T, ...args: any[]): void
}

interface NextFnInfo<T = any> {
    cancel: Unsubscribe
    execute: (next: CallbackFunction<T>) => any
}

interface NextFnGenerator {
    (...args: any[]): NextFnInfo;
}

enum EnumStatus {
    uninitialized = 0,
    initialized,
    waiting,
    working,
    canceled,
    unkown
}

核心类NextGenerator：

export default class NextGenerator<T = any> {

    private status: EnumStatus = EnumStatus.uninitialized;
    private nextInfo!: NextFnInfo;

    // 传入的回调函数
    private cb!: CallbackFunction;

    // 下次回调函数的参数
    private args: any[] = [];

    constructor(private generator: NextFnGenerator) {
        this.status = EnumStatus.initialized;
    }

    private next(...args: any[]) {

        if (this.status === EnumStatus.canceled) {
            return console.warn("current status is canceled, please call continute method to continue");
        }

        if (this.status === EnumStatus.waiting) {
            return console.warn("current status is waiting, please don't multiple call next method");
        }

        if (args.length > 0) {
            this.args = args;
        }

        // this.args[0] context
        const boundFn = this.execute.bind(this, this.cb, ...this.args);

        this.nextInfo = this.generator(boundFn);

        this.status = EnumStatus.waiting;
        this.nextInfo.execute(undefined as any);
    }

    private execute(this: NextGenerator<T>, cb: Function, context: T, ...args: any[]) {
        this.status = EnumStatus.working;
        cb.apply(context, [this.next.bind(this), ...args]);
    }

    cancel() {
        this.status = EnumStatus.canceled;
        if (this.nextInfo && typeof this.nextInfo.cancel === "function") {
            this.nextInfo.cancel();
        }
    }

    start(cb: CallbackFunction, ...args: any[]) {
        if (typeof cb === "function") {
            this.cb = cb;
        }

        if (typeof this.cb !== "function") {
            throw new SyntaxError("param cb must be a function");
        }

        if (args.length > 0) {
            this.args = args;
        }

        this.next();
    }

    continue() {
        this.status = EnumStatus.initialized;
        this.next();
    }
}

总结

我们总是写代码，当写了两次或者多次同样的代码，那么就应该停下来思考思考，我们是不是哪里存在问题，有没有优化的空间。

曾今就写过一个简化setTimeout调用的库timeout, 那个时候的眼界和抽象还不够。 解决的问题也很局限。

最开始是想写 面向next编程以及实战的，涉及到太多的东西，比如 redux中间件，koa中间件， express中间件原理和实现等等。

太大了把握不住，那么分而治之，才有了这篇文章。

  1. 可以自己实现NextFnGenerator，提供了比较高的定制能力
  2. 内置了createRequestAnimationFrameGenerator, createTimeoutGenerator, createStepUpGenerator, 开箱即用
  3. 初始化和next都可以调整上下文和参数，增加调用的灵活性
  4. 仅仅暴露 start, cancel, continue， 符合最少知道原则

存在的问题：

  1. 超时了怎么算
  2. 异常了怎么算
  3. 同步的Generator怎么算

写在最后

欢迎关注专栏 从问题到提问 ，一起交流和学习。

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