Node.js 程式札記 : 異步處理 - 回調函式、Promise、以及 Async/Await

在學習 Node.js 時，異步處理是其中一個非常重要的概念，因為Node.js是一個非阻塞I/O的運行環境，所以理解如何處理異步操作對於開發者來說至關重要。本篇文章將介紹 Node.js 中常見的三種異步處理方式：回調函式、Promise、以及 Async/Await。

回調函式 (Callback Functions)

在 Node.js 中，許多內建模組都是基於回調函式設計的，當一個函式需要執行一個耗時的操作時，它會接受一個回調函式，這個回調函式會在操作完成後被調用。

什麼是回調？

在 JavaScript 中，「回調」是一種將函式作為參數傳遞給另一個函式的方式，當某個操作完成時，這個函式（即回調函式）會被調用，從而「回調」到指定的操作上。

為什麼要使用回調？

考慮一個情境：你需要讀取一個文件，這是一個耗時的操作。如果你的程序在讀取文件時停止，等待文件讀取完成後再繼續執行其他程式碼，那麼整個應用程式就會因為這個等待時間而無法處理其他任務。

為了避免這種情況，JavaScript 使用了回調函式的概念，當你請求讀取文件時，你可以傳入一個回調函式，告訴程序在文件讀取完成後要做什麼。這樣，在等待文件讀取的同時，仍然可以繼續執行其他程式碼。

function fetchData(callback) {
    setTimeout(() => {
        const data = { id: 1, name: 'Product' };
        callback(data);
    }, 2000);
}

function handleData(data) {
    console.log('Received data:', data);
}

fetchData(handleData);

在這個例子中，fetchData函式模擬了一個異步操作，它在兩秒後取得數據並調用回調函式handleData來處理這些數據。這個回調函式作為參數傳入fetchData，當數據準備好時，fetchData函式「回調」handleData函式，並將數據傳給它。

回調地獄 (Callback Hell)

當你需要執行多個異步操作，而且這些操作需要依次進行時，回調函式就會嵌套在一起。例如，想像你需要依次讀取多個文件，並在每個文件讀取完成後進行某些操作，這時候你的程式碼可能會變成這樣：

const fs = require('fs');

fs.readFile('file1.txt', 'utf8', (err, data1) => {
    if (err) throw err;
    fs.readFile('file2.txt', 'utf8', (err, data2) => {
        if (err) throw err;
        fs.readFile('file3.txt', 'utf8', (err, data3) => {
            if (err) throw err;
            console.log(data1, data2, data3); // 這裡會顯示 data1, data2 和 data3 的內容
        });
    });
});

這樣的嵌套結構被稱為「回調地獄」，因為它會導致程式碼變得難以閱讀和維護，每一層嵌套都程式碼更加混亂，也更容易出錯。

Promise

為了解決回調地獄的問題，於是就出現了 Promise。Promise 提供了一種更為簡潔的方式來處理異步操作，它使得異步程式碼更加直觀和可讀。

const fs = require('fs').promises;

// 使用Promise讀取多個文件
fs.readFile('file1.txt', 'utf8')
    .then(data1 => {
        console.log('File 1 content:', data1);
        return fs.readFile('file2.txt', 'utf8');
    })
    .then(data2 => {
        console.log('File 2 content:', data2);
        return fs.readFile('file3.txt', 'utf8');
    })
    .then(data3 => {
        console.log('File 3 content:', data3);
    })
    .catch(err => {
        console.error('Error reading file:', err);
    });

在這個範例中，fs.readFile返回一個Promise對象。我們可以使用then來處理成功的結果，使用catch來捕獲錯誤。這種鏈式結構使得程式碼更為整潔，也更容易理解。Promise還提供了Promise.all和Promise.race等功能來處理多個異步操作。

Async/Await

Async/Await 是基於 Promise 的一種語法糖，它使得異步程式碼看起來像是同步的，從而提高程式碼的可讀性，是現在處理異步操作的標準方式。

const fs = require('fs').promises;

async function readFile() {
    try {
        const data = await fs.readFile('example.txt', 'utf8');
        console.log('File content:', data);
    } catch (err) {
        console.error('Error reading file:', err);
    }
}

readFile();

在這個範例中，readFile函式被定義為async，這意味著我們可以在其中使用await來等待一個 Promise 完成。這種寫法使得異步操作更加直觀，並且與傳統的同步程式碼風格一致。

總結

異步處理是 Node.js 中不可或缺的一部分，理解和掌握回調函式、Promise、以及Async/Await 三種常見的異步處理方式，可以幫助開發者更好地構建高效且可擴展的應用。回調函式提供了基本的異步處理方式，但容易導致回調地獄；Promise 則解決了這一問題，使程式碼更加整潔；而Async/Await則進一步簡化了異步處理，讓程式碼更加直觀。無論是熟練掌握這些技術，以便在開發Node.js應用時能夠靈活應用。