解释 Node.js 中的异步编程模型，如何使用回调、Promise 和async / await 处理异步操作？

一、Node.js 异步模型基础

Node.js 采用单线程事件循环机制，通过 libuv 库实现非阻塞 I/O 操作。

这种架构决定了异步编程是其核心特性。当遇到 I/O 操作（如文件读写、网络请求）时，主线程会将任务交给底层线程池处理，自己继续执行后续代码。

操作完成后通过回调通知主线程。

二、异步处理的三驾马车

1. 回调函数（Callback）

最基础的异步处理方式，将函数作为参数传递给异步方法：

const fs = require('fs');

// 经典回调示例
fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
    if (err) {
        console.error('读取失败:', err);
        return;
    }
    console.log('文件内容:', data);
});

// 多层嵌套的反模式（回调地狱）
fs.readFile('a.txt', (err, aData) => {
    fs.readFile('b.txt', (err, bData) => {
        fs.writeFile('c.txt', aData + bData, (err) => {
            if (err) throw err;
            console.log('合并完成');
        });
    });
});

注意事项：​

• 务必处理错误参数
• 避免超过3层嵌套
• 使用命名函数替代匿名函数提升可读性

2. Promise

ES6 引入的异步解决方案，通过链式调用解决回调地狱：

const readFilePromise = (filename) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        fs.readFile(filename, 'utf8', (err, data) => {
            err ? reject(err) : resolve(data);
        });
    });
};

// Promise 链式调用
readFilePromise('a.txt')
    .then(aData => readFilePromise('b.txt'))
    .then(bData => {
        return aData + bData; // 此处 aData 未定义，实际需要作用域处理
    })
    .then(combined => {
        return fs.promises.writeFile('c.txt', combined);
    })
    .catch(err => {
        console.error('处理失败:', err);
    });

// 使用 util.promisify 转换回调风格函数
const { promisify } = require('util');
const readFileAsync = promisify(fs.readFile);

最佳实践：​

• 始终返回新的 Promise 保持链式结构
• 使用 Promise.all 处理并行任务
• 避免在 then() 中嵌套 Promise

3. async/await

ES2017 语法糖，用同步写法处理异步操作：

async function processFiles() {
    try {
        const aData = await readFilePromise('a.txt');
        const bData = await readFilePromise('b.txt');
        await fs.promises.writeFile('c.txt', aData + bData);
        console.log('处理完成');
    } catch (err) {
        console.error('发生错误:', err);
    }
}

// 并行优化版本
async function parallelProcess() {
    try {
        const [aData, bData] = await Promise.all([
            readFilePromise('a.txt'),
            readFilePromise('b.txt')
        ]);
        await fs.promises.writeFile('c.txt', aData + bData);
    } catch (err) {
        console.error('并行处理失败:', err);
    }
}

使用技巧：​

• 始终搭配 try/catch 处理错误
• 合理使用 Promise.all 优化性能
• 避免在循环中滥用 await

三、方案对比与选型建议

四、实战建议与陷阱规避

1. ​错误处理优先级

// 危险写法（未捕获异常）
async function dangerous() {
    const data = await fetchData();
    // 如果 fetchData 出错，整个进程会崩溃
}

// 安全写法
async function safe() {
    try {
        const data = await fetchData();
    } catch (err) {
        // 处理错误或记录日志
    }
}

1. ​Promise 创建陷阱

// 反例：未正确包装异步操作
function badPromise() {
    return new Promise((resolve) => {
        setTimeout(() => {
            resolve('done');
        }, 1000);
        // 缺少错误处理路径
    });
}

// 正确写法
function goodPromise() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        someAsyncOperation((err, result) => {
            if (err) return reject(err);
            resolve(result);
        });
    });
}

1. ​性能优化实践

// 顺序执行（总耗时 = 各任务耗时之和）
async function sequential() {
    await task1();
    await task2(); 
}

// 并行执行（总耗时 ≈ 最慢任务耗时）
async function parallel() {
    await Promise.all([task1(), task2()]);
}

1. ​资源管理要点

// 文件处理正确姿势
async function handleFile() {
    let fd;
    try {
        fd = await fs.promises.open('data.txt', 'r');
        // 处理文件...
    } finally {
        if (fd) await fd.close();
    }
}

五、升级改造策略

1. 旧项目改造路线：
   回调 → 用 promisify 包装 → 逐步替换为 async/await

2. 混合使用规范：

// 允许但不推荐的混合写法
async function hybrid() {
    return new Promise(async (resolve) => {
        try {
            const result = await someAsync();
            resolve(result);
        } catch (err) {
            // 需要在此处处理错误
        }
    });
}

1. 监控与调试：

• 使用 process.on('unhandledRejection') 捕获未处理的 Promise 错误
• 利用 async_hooks 模块进行高级跟踪

六、总结建议

1. 新项目首选 async/await 配合 try/catch
2. 库开发优先使用 Promise 接口
3. 对于高性能场景，评估回调方案的可行性
4. 始终在顶层配置未捕获异常处理器
5. 使用 ESLint 规则（require-await, no-return-await）保持代码规范

通过合理选择异步处理方案，结合良好的错误处理和资源管理实践，可以构建出既高效又易于维护的 Node.js 应用程序。记住：没有银弹，根据具体场景选择最合适的模式才是王道。