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前言

我最近在找如何使用 Swift 實現(xiàn) Promise 的資料，因為沒找到好的文章，所以我想自己寫一篇。通過本文，我們將實現(xiàn)自己的 Promise 類型，以便明了其背后的邏輯。

要注意這個實現(xiàn)完全不適合生產(chǎn)環(huán)境。例如，我們的 Promise 沒有提供任何錯誤機制，也沒有覆蓋線程相關的場景。我會在文章的后面提供一些有用的資源以及完整實現(xiàn)的鏈接，以饗愿深入挖掘的讀者。

注：為了讓本教程更有趣一點，我選擇使用 TDD 來進行介紹。我們會先寫測試，然后確保它們一個個通過。

第一個測試

先寫第一個測試：

test(named: "0. Executor function is called immediately") { assert, done in 
    var string: String = "" 
    _ = Promise { string = "foo" } 
    assert(string == "foo") 
    done() 
} 

通過此測試，我們想實現(xiàn)：傳遞一個函數(shù)給 Promise 的初始化函數(shù)，并立即調用此函數(shù)。

注：我們沒有使用任何測試框架，僅僅使用一個自定義的test方法，它在 Playground 中模擬斷言(gist[1])。

當我們運行 Playground，編譯器會報錯：

error: Promise.playground:41:9: error: use of unresolved identifier 'Promise' 
    _ = Promise { string = "foo" } 
        ^~~~~~~ 

合理，我們需要定義 Promise 類。

class Promise { 
 
} 

再運行，錯誤變?yōu)椋?/p>

error: Promise.playground:44:17: error: argument passed to call that takes no arguments 
    _ = Promise { string = "foo" } 
                ^~~~~~~~~~~~~~~~~~ 

我們必須定義一個初始化函數(shù)，它接受一個閉包作為參數(shù)。而且這個閉包應該被立即調用。

class Promise { 
 
    init(executor: () -> Void) { 
        executor() 
    } 
} 

由此，我們通過第一個測試。目前我們還沒有寫出什么值得夸耀的東西，但耐心一點，我們的實現(xiàn)將在下一節(jié)繼續(xù)增長。

• Test 0. Executor function is called immediately passed  

我們先將此測試注釋掉，因為將來的 Promise 實現(xiàn)會變得有些不同。

最低限度

第二個測試如下：

test(named: "1.1 Resolution handler is called when promise is resolved sync") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        resolve(string) 
    } 
    promise.then { (value: String) in 
        assert(string == value) 
        done() 
    } 
} 

這個測試挺簡單，但我們添加了一些新內(nèi)容到 Promise 類。我們創(chuàng)建的這個 promise 有一個 resolution handler(即閉包的resolve參數(shù))，之后立即調用它(傳遞一個 value)。然后，我們使用 promise 的 then 方法來訪問 value 并用斷言確保其值。

在開始實現(xiàn)之前，我們需要引入另外一個不太一樣的測試。

test(named: "1.2 Resolution handler is called when promise is resolved async") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        after(0.1) { 
            resolve(string) 
        } 
    } 
    promise.then { (value: String) in 
        assert(string == value) 
        done() 
    } 
} 

不同于測試 1.1，這里的resove方法被延遲調用。這意味著，在then里，value 不會立馬可用(因為 0.1 秒的延遲，調用then時，resolve還未被調用)。

我們開始理解這里的“問題”。我們必須處理異步。

我們的 promise 是一個狀態(tài)機。當它被創(chuàng)建時，promise 處于pending狀態(tài)。一旦resolve方法被調用(與一個 value)，我們的 promise 將轉到resolved狀態(tài)，并存儲這個 value。

then方法可在任意時刻被調用，而不管 promise 的內(nèi)部狀態(tài)(即不管 promise 是否已有一個 value)。當這個 promise 處于pending狀態(tài)時，我們調用then，value 將不可用，因此，我們需要存儲此回調。之后一旦 promise 變成resolved，我們就能使用 resolved value 來觸發(fā)同樣的回調。

現(xiàn)在我們對要實現(xiàn)的東西有了更好的理解，那就先以修復編譯器的報錯開始。

error: Promise.playground:54:19: error: cannot specialize non-generic type 'Promise' 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
                  ^      ~~~~~~~~ 

我們必須給Promise類型添加泛型。誠然，一個 promise 是這樣的東西：它關聯(lián)著一個預定義的類型，并能在被解決時，將一個此類型的 value 保留住。

class Promise<Value> { 
 
    init(executor: () -> Void) { 
        executor() 
    } 
} 

現(xiàn)在錯誤為：

error: Promise.playground:54:37: error: contextual closure type '() -> Void' expects 0 arguments, but 1 was used in closure body 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
                                    ^ 

我們必須提供一個resolve函數(shù)傳遞給初始化函數(shù)(即 executor)。

class Promise<Value> { 
 
    init(executor: (_ resolve: (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor() 
    } 
} 

注意這個 resolve 參數(shù)是一個函數(shù)，它消耗一個 value：(Value) -> Void。一旦 value 被確定，這個函數(shù)將被外部世界調用。

編譯器依然不開心，因為我們需要提供一個resolve函數(shù)給executor。讓我們創(chuàng)建一個private的吧。

class Promise<Value> { 
 
    init(executor: (_ resolve: @escaping (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor(resolve) 
    } 
 
    private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
        // To implement 
        // This will be called by the outside world when a value is determined 
    } 
} 

我們將在稍后實現(xiàn)resolve，當所有錯誤都被解決時。

下一個錯誤很簡單，方法then還未定義。

error: Promise.playground:61:5: error: value of type 'Promise<String>' has no member 'then' 
    promise.then { (value: String) in 
    ^~~~~~~ ~~~~ 

讓我們修復之。

class Promise<Value> { 
 
    init(executor: (_ resolve: @escaping (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor(resolve) 
    } 
 
    func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
        // To implement 
    } 
 
    private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
        // To implement 
    } 
} 

現(xiàn)在編譯器開心了，讓我們回到開始的地方。

我們之前說過一個Promise就是一個狀態(tài)機，它有一個pending狀態(tài)和一個resolved狀態(tài)。我們可以使用 enum 來定義它們。

enum State<T> { 
    case pending 
    case resolved(T) 
} 

Swift 的美妙讓我們可以直接存儲 promise 的 value 在 enum 中。

現(xiàn)在我們需要在Promise的實現(xiàn)中定義一個狀態(tài)，其默認值為.pending。我們還需要一個私有函數(shù)，它能在當前還處于.pending狀態(tài)時更新狀態(tài)。

class Promise<Value> { 
 
    enum State<T> { 
        case pending 
        case resolved(T) 
    } 
 
    private var state: State<Value> = .pending 
 
    init(executor: (_ resolve: @escaping (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor(resolve) 
    } 
 
    func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
        // To implement 
    } 
 
    private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
        // To implement 
    } 
 
    private func updateState(to newState: State<Value>) { 
        guard case .pending = state else { return } 
        state = newState 
    } 
} 

注意updateState(to:)函數(shù)先檢查了當前處于.pending狀態(tài)。如果 promise 已經(jīng)處于.resolved狀態(tài)，那它就不能再變成其他狀態(tài)了。

現(xiàn)在是時候在必要時更新 promise 的狀態(tài)，即，當resolve函數(shù)被外部世界傳遞 value 調用時。

private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
    updateState(to: .resolved(value)) 
} 

快好了，只缺少 then 方法還未實現(xiàn)。我們說過必須存儲回調，并在 promise 被解決時調用回調。這就來實現(xiàn)之。

class Promise<Value> { 
 
    enum State<T> { 
        case pending 
        case resolved(T) 
    } 
 
    private var state: State<Value> = .pending 
    // we store the callback as an instance variable 
    private var callback: ((Value) -> Void)? 
 
    init(executor: (_ resolve: @escaping (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor(resolve) 
    } 
 
    func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
        // store the callback in all cases 
        callback = onResolved 
        // and trigger it if needed 
        triggerCallbackIfResolved() 
    } 
 
    private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
        updateState(to: .resolved(value)) 
    } 
 
    private func updateState(to newState: State<Value>) { 
        guard case .pending = state else { return } 
        state = newState 
        triggerCallbackIfResolved() 
    } 
 
    private func triggerCallbackIfResolved() { 
        // the callback can be triggered only if we have a value, 
        // meaning the promise is resolved 
        guard case let .resolved(value) = state else { return } 
        callback?(value) 
        callback = nil 
    } 
} 

我們定義了一個實例變量callback，以在 promise 處于.pending狀態(tài)時保留回調。同時我們創(chuàng)建一個方法triggerCallbackIfResolved，它先檢查狀態(tài)是否為.resolved，然后傳遞拆包的 value 給回調。這個方法在兩個地方被調用。一個是then方法中，如果 promise 已經(jīng)在調用then時被解決。另一個在updateState方法中，因為那是 promise 更新其內(nèi)部狀態(tài)從.pending到.resolved的地方。

有了這些修改，我們的測試就成功通過了。

• Test 1.1 Resolution handler is called when promise is resolved sync passed (1 assertions) 
• Test 1.2 Resolution handler is called when promise is resolved async passed (1 assertions) 

我們走對了路，但我們還需要做出一點改變，以得到一個真正的Promise實現(xiàn)。先來看看測試。

test(named: "2.1 Promise supports many resolution handlers sync") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        resolve(string) 
    } 
    promise.then { value in 
        assert(string == value) 
    } 
    promise.then { value in 
        assert(string == value) 
        done() 
    } 
} 

test(named: "2.2 Promise supports many resolution handlers async") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        after(0.1) { 
            resolve(string) 
        } 
    } 
    promise.then { value in 
        assert(string == value) 
    } 
    promise.then { value in 
        assert(string == value) 
        done() 
    } 
} 

這回我們對每個 promise 都調用了兩次then。

先看看測試輸出。

• Test 2.1 Promise supports many resolution handlers sync passed (2 assertions) 
• Test 2.2 Promise supports many resolution handlers async passed (1 assertions) 

雖然測試通過了，但你可能也注意問題。測試 2.2 只有一個斷言，但應該是兩個。

如果我們思考一下，這其實符合邏輯。誠然，在異步的測試 2.2 中，當?shù)谝粋€then被調用時，promise 還處于.pending狀態(tài)。如我們之前所見，我們存儲了第一次then的回調。但當我們第二次調用then時，promise 還是沒有被解決，依然處于.pending狀態(tài)，于是，我們將回調擦除換成了新的。只有第二個回調會在將來被執(zhí)行，第一個被忘記了。這使得測試雖然通過，但只有一個斷言而不是兩個。

解決辦法也很簡單，就是存儲一個回調的數(shù)組，并在promise被解決時觸發(fā)它們。

讓我們更新一下。

class Promise<Value> { 
 
    enum State<T> { 
        case pending 
        case resolved(T) 
    } 
 
    private var state: State<Value> = .pending 
    // We now store an array instead of a single function 
    private var callbacks: [(Value) -> Void] = [] 
 
    init(executor: (_ resolve: @escaping (Value) -> Void) -> Void) { 
        executor(resolve) 
    } 
 
    func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
        callbacks.append(onResolved) 
        triggerCallbacksIfResolved() 
    } 
 
    private func resolve(_ value: Value) -> Void { 
        updateState(to: .resolved(value)) 
    } 
 
    private func updateState(to newState: State<Value>) { 
        guard case .pending = state else { return } 
        state = newState 
        triggerCallbacksIfResolved() 
    } 
 
    private func triggerCallbacksIfResolved() { 
        guard case let .resolved(value) = state else { return } 
        // We trigger all the callbacks 
        callbacks.forEach { callback in callback(value) } 
        callbacks.removeAll() 
    } 
} 

測試通過，而且都有兩個斷言。

• Test 2.1 Promise supports many resolution handlers sync passed (2 assertions) 
• Test 2.2 Promise supports many resolution handlers async passed (2 assertions) 

恭喜!我們已經(jīng)創(chuàng)建了自己的Promise類。你已經(jīng)可以使用它來抽象異步邏輯，但它還有限制。

注：如果從全局來看，我們知道then可以被重命名為observe。它的目的是消費 promise 被解決后的 value，但它不返回什么。這意味著我們暫時沒法串聯(lián)多個 promise。

串聯(lián)多個 Promise

如果我們不能串聯(lián)多個 promise，那我們的Promise實現(xiàn)就不算完整。

先來看看測試，它將幫助我們實現(xiàn)這個特性。

test(named: "3. Resolution handlers can be chained") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        after(0.1) { 
            resolve(string) 
        } 
    } 
    promise 
        .then { value in 
            return Promise<String> { resolve in 
                after(0.1) { 
                    resolve(value + value) 
                } 
            } 
        } 
        .then { value in // the "observe" previously defined 
            assert(string + string == value) 
            done() 
        } 
} 

如測試所見，第一個then創(chuàng)建了一個有新 value 的新Promise并返回了它。第二個then(我們前一節(jié)定義的，被稱為observe)被串聯(lián)在后面，它訪問新的 value(其將是"foofoo")。

我們很快在終端里看到錯誤。

error: Promise.playground:143:10: error: value of tuple type '()' has no member 'then' 
        .then { value in 
         ^ 

我們必須創(chuàng)建一個then的重載，它接受一個能返回 promise 的函數(shù)。為了能夠串聯(lián)調用then，這個方法必須也返回一個promise。這個then的原型如下。

func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> Promise<NewValue>) -> Promise<NewValue> { 
    // to implement 
} 

注：細心的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我們在給Promise實現(xiàn)flatMap。就如給Optional和Array定義flatMap一樣，我們也可以給Promise定義它。

困難來了。讓我們一步步看看這個“flatMap”的then要怎么實現(xiàn)。

• 我們需要返回一個Promise
• 誰給我們這樣一個 promise?onResolved 方法
• 但onResolved 需要一個類型為Value的 value 為參數(shù)。我們該怎樣得到這個 value? 我們可以使用之前定義的then(或者說 “observe”) 來在其可用時訪問它

如果寫成代碼，大概如下：

func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> Promise<NewValue>) -> Promise<NewValue> { 
    then { value in // the "observe" one 
        let promise = onResolved(value) // `promise` is a Promise<NewValue> 
        // problem: how do we return `promise` to the outside ?? 
    } 
    return // ??!! 
} 

就快好了。但我們還有個小問題需要修復：這個promise變量被傳遞給then的閉包所限制。我們不能將其作為函數(shù)的返回值。

我們要使用的技巧是創(chuàng)建一個包裝Promise，它將執(zhí)行我們目前所寫的代碼，然后在promise變量解決時被同時解決。換句話說，當onResolved方法提供的 promise 被解決并從外部得到一個值，那包裝的 promise 也就被解決并得到同樣的值。

可能文字有些抽象，但如果我們寫成代碼，將看得更清楚：

func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> Promise<NewValue>) -> Promise<NewValue> { 
    // We have to return a promise, so let's return a new one 
    return Promise<NewValue> { resolve in 
        // this is called immediately as seen in test 0. 
        then { value in // the "observe" one 
            let promise = onResolved(value) // `promise` is a Promise<NewValue> 
            // `promise` has the same type of the Promise wrapper 
            // we can make the wrapper resolves when the `promise` resolves 
            // and gets a value 
            promise.then { value in resolve(value) } 
        } 
    } 
} 

如果我們整理一下代碼，我們將有這樣兩個方法：

// observe 
func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
    callbacks.append(onResolved) 
    triggerCallbacksIfResolved() 
} 
 
// flatMap 
func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> Promise<NewValue>) -> Promise<NewValue> { 
    return Promise<NewValue> { resolve in 
        then { value in 
            onResolved(value).then(onResolved: resolve) 
        } 
    } 
} 

最后，測試通過。

• Test 3. Resolution handlers can be chained passed (1 assertions) 

串聯(lián)多個 value

如果你能給某個類型實現(xiàn)flatMap，那你就能利用flatMap為其實現(xiàn)map。對于我們的Promise來說，map該是什么樣子?

我們將使用如下測試：

test(named: "4. Chaining works with non promise return values") { assert, done in 
    let string: String = "foo" 
    let promise = Promise<String> { resolve in 
        after(0.1) { 
            resolve(string) 
        } 
    } 
    promise 
        .then { value -> String in 
            return value + value 
        } 
        .then { value in // the "observe" then 
            assert(string + string == value) 
            done() 
        } 
} 

注意第一個then沒有再返回一個Promise，而是將其接收的值做了一個變換。這個新的then就對應于我們想添加的map。

編譯器報錯說我們必須實現(xiàn)此方法。

error: Promise.playground:174:26: error: declared closure result 'String' is incompatible with contextual type 'Void' 
        .then { value -> String in 
                         ^~~~~~ 
                         Void 

這個方法很接近flatMap，唯一的不同是其參數(shù)onResolved函數(shù)返回一個NewValue而不是Promise。

// map 
func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> NewValue) -> Promise<NewValue> { 
    // to implement 
} 

之前我們說可以利用flatMap實現(xiàn)map。在我們的情況里，我們看到我們需要返回一個Promise。如果我們使用這個“flatMap”的then，并創(chuàng)建一個promise，再以映射后的 value 來直接解決，我們就搞定了。讓我來證明之。

// map 
func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> NewValue) -> Promise<NewValue> { 
    return then { value in // the "flatMap" defined before 
        // must return a Promise<NewValue> here 
        // this promise directly resolves with the mapped value 
        return Promise<NewValue> { resolve in 
            let newValue = onResolved(value) 
            resolve(newValue) 
        } 
    } 
} 

再一次，測試通過。

• Test 4. Chaining works with non promise return values passed (1 assertions) 

如果我們移除注釋，再看看我們做出了什么。我們有三個then方法的實現(xiàn)，能被使用或串聯(lián)。

// observe 
func then(onResolved: @escaping (Value) -> Void) { 
    callbacks.append(onResolved) 
    triggerCallbacksIfResolved() 
} 
 
// flatMap 
func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> Promise<NewValue>) -> Promise<NewValue> { 
    return Promise<NewValue> { resolve in 
        then { value in 
            onResolved(value).then(onResolved: resolve) 
        } 
    } 
} 
 
// map 
func then<NewValue>(onResolved: @escaping (Value) -> NewValue) -> Promise<NewValue> { 
    return then { value in 
        return Promise<NewValue> { resolve in 
            resolve(onResolved(value)) 
        } 
    } 
} 

使用示例

實現(xiàn)告一段落。我們的Promise類已足夠完整來展示我們能夠用它做什么。

假設我們的app有一些用戶，結構如下：

struct User { 
    let id: Int 
    let name: String 
} 

假設我們還有兩個方法，一個獲取用戶id列表，另一個使用id獲取某個用戶。而且假設我們想顯示第一個用戶的名字。

通過我們的實現(xiàn)，我們可以這樣做，使用之前定義的這三個then。

func fetchIds() -> Promise<[Int]> { 
    ... 
} 
 
func fetchUser(id: Int) -> Promise<User> { 
    ... 
} 
 
fetchIds() 
    .then { ids in // flatMap 
        return fetchUser(id: ids[0]) 
    } 
    .then { user in // map 
        return user.name 
    } 
    .then { name in // observe 
        print(name) 
    } 

代碼變得十分易讀、簡潔，而且沒有嵌套。

結論本文結束，希望你喜歡它。

參考資料

[1]gist:

https://gist.github.com/felginep/039ca3b21e4f0cabb1c06126d9164680

[2]Promises in Swift by Khanlou:

http://khanlou.com/2016/08/promises-in-swift/

[3]JavaScript Promises … In Wicked Detail:

https://www.mattgreer.org/articles/promises-in-wicked-detail/

[4]PromiseKit 6 Release Details:

https://promisekit.org/news/2018/02/PromiseKit-6.0-Released/

[5]TDD Implementation of Promises in JavaScript:

https://www.youtube.com/watch?v=C3kUMPtt4hY

[6]Implementing Promises in Swift:

https://felginep.github.io/2019-01-06/implementing-promises-in-swift

本文轉載自微信公眾號「Swift社區(qū)」