2021-03-07

javascript

1 小时读完 (大约 10021 个字)

我以为我很懂Promise，直到我开始实现Promise/A+规范

我一度以为自己很懂Promise，直到前段时间尝试去实现Promise/A+规范时，才发现自己对Promise的理解还过于浅薄。在我按照Promise/A+规范去写具体代码实现的过程中，我经历了从“很懂”到“陌生”，再到“领会”的过山车式的认知转变，对Promise有了更深刻的认识！

TL;DR：鉴于很多人不想看长文，这里直接给出我写的Promise/A+规范的Javascript实现。

github仓库：promises-aplus-robin（顺手点个star就更好了）
源码
源码注释版

promises-tests测试用例是全部通过的。

Promise源于现实世界

Promise直译过来就是承诺，最新的红宝书已经将其翻译为期约。当然，这都不重要，程序员之间只要一个眼神就懂了。

你懂的

许下承诺

作为打工人，我们不可避免地会接到各种饼，比如口头吹捧的饼、升值加薪的饼、股权激励的饼……

有些饼马上就兑现了，比如口头褒奖，因为它本身没有给企业带来什么成本；有些饼却关乎企业实际利益，它们可能未来可期，也可能猴年马月，或是无疾而终，又或者直接宣告画饼失败。

画饼这个动作，于Javascript而言，就是创建一个Promise实例：

const bing = new Promise((resolve, reject) => {
  // 祝各位的饼都能圆满成功
  if ('画饼成功') {
    resolve('大家happy')
  } else {
    reject('有难同当')
  }
})

Promise跟这些饼很像，分为三种状态：

pending: 饼已画好，坐等实现。
fulfilled: 饼真的实现了，走上人生巅峰。
rejected: 不好意思，画饼失败，emmm…

订阅承诺

有人画饼，自然有人接饼。所谓“接饼”，就是对于这张饼的可能性做下设想。如果饼真的实现了，鄙人将别墅靠海；如果饼失败了，本打工仔以泪洗面。

转换成Promise中的概念，这是一种订阅的模式，成功和失败的情况我们都要订阅，并作出反应。订阅是通过then，catch等方法实现的。

// 通过then方法进行订阅
bing.then(
  // 对画饼成功的情况作出反应
  success => {
    console.log('别墅靠海')
  },
  // 对画饼失败的情况作出反应
  fail => {
    console.log('以泪洗面...')
  }
)

链式传播

众所周知，老板可以给高层或领导们画饼，而领导们拿着老板画的饼，也必须给底下员工继续画饼，让打工人们鸡血不停，这样大家的饼才都有可能兑现。

这种自上而下发饼的行为与Promise的链式调用在思路上不谋而合。

bossBing.then(
  success => {
    // leader接过boss的饼，继续往下面发饼
    return leaderBing
  }
).then(
  success => {
    console.log('leader画的饼真的实现了，别墅靠海')
  },
  fail => {
    console.log('leader画的饼炸了，以泪洗面...')
  }
)

总体来说，Promise与现实世界的承诺还是挺相似的。

而Promise在具体实现上还有很多细节，比如异步处理的细节，Resolution算法，等等，这些在后面都会讲到。下面我会从自己对Promise的第一印象讲起，继而过渡到对宏任务与微任务的认识，最终揭开Promise/A+规范的神秘面纱。

初识Promise

还记得最早接触Promise的时候，我感觉能把ajax过程封装起来就挺“厉害”了。那个时候对Promise的印象大概就是：优雅的异步封装，不再需要写高耦合的callback。

这里临时手撸一个简单的ajax封装作为示例说明：

function isObject(val) {
  return Object.prototype.toString.call(val) === '[object Object]';
}

function serialize(params) {
    let result = '';
    if (isObject(params)) {
      Object.keys(params).forEach((key) => {
        let val = encodeURIComponent(params[key]);
        result += `${key}=${val}&`;
      });
    }
    return result;
}

const defaultHeaders = {
  "Content-Type": "application/x-www-form-urlencoded"
}

// ajax简单封装
function request(options) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const { method, url, params, headers } = options
    const xhr = new XMLHttpRequest();
    if (method === 'GET' || method === 'DELETE') {
      // GET和DELETE一般用querystring传参
      const requestURL = url + '?' + serialize(params)
      xhr.open(method, requestURL, true);
    } else {
      xhr.open(method, url, true);
    }
    // 设置请求头
    const mergedHeaders = Object.assign({}, defaultHeaders, headers)
    Object.keys(mergedHeaders).forEach(key => {
      xhr.setRequestHeader(key, mergedHeaders[key]);
    })
    // 状态监听
    xhr.onreadystatechange = function () {
      if(xhr.readyState === 4 && xhr.status === 200) {
        resolve(xhr.response)
      } else {
        reject(xhr.status)
      }
    }
    xhr.onerror = function(e) {
      reject(e)
    }
    // 处理body数据，发送请求
    const data = method === 'POST' || method === 'PUT' ? serialize(params) : null
    xhr.send(data);
  })
}

const options = {
  method: 'GET',
  url: '/user/page',
  params: {
    pageNo: 1,
    pageSize: 10
  }
}
// 通过Promise的形式调用接口
request(options).then(res => {
  // 请求成功
}, fail => {
  // 请求失败
})

以上代码封装了ajax的主要过程，而其他很多细节和各种场景覆盖就不是几十行代码能说完的。不过我们可以看到，Promise封装的核心就是：

封装一个函数，将包含异步过程的代码包裹在构造Promise的executor中，所封装的函数最后需要return这个Promise实例。
Promise有三种状态，Pending, Fulfilled, Rejected。而resolve(), reject()是状态转移的触发器。
确定状态转移的条件，在本例中，我们认为ajax响应且状态码为200时，请求成功（执行resolve()），否则请求失败（执行reject()）。

ps: 实际业务中，除了判断HTTP状态码，我们还会另外判断内部错误码（业务系统中前后端约定的状态code）。

实际上现在有了axios这类的解决方案，我们也不会轻易选择自行封装ajax，不鼓励重复造这种基础且重要的轮子，更别说有些场景我们往往难以考虑周全。当然，在时间允许的情况下，可以学习其源码实现。

宏任务与微任务

要理解Promise/A+规范，必须先溯本求源，Promise与微任务息息相关，所以我们有必要先对宏任务和微任务有个基本认识。

在很长一段时间里，我都没有太多去关注宏任务（Task）与微任务（Microtask）。甚至有一段时间，我觉得setTimeout(fn, 0)在操作动态生成的DOM元素时非常好用，然而并不知道其背后的原理，实质上这跟Task联系紧密。

var button = document.createElement('button');
button.innerText = '新增输入框'
document.body.append(button)

button.onmousedown = function() {
  var input = document.createElement('input');
  document.body.appendChild(input);
  setTimeout(function() {
    input.focus();
  }, 0)
}

如果不使用setTimeout 0，focus()会没有效果。

那么，什么是宏任务和微任务呢？我们慢慢来揭开答案。

现代浏览器采用多进程架构，这一点可以参考Inside look at modern web browser。而和我们前端关系最紧密的就是其中的Renderer Process，Javascript便是运行在Renderer Process的Main Thread中。

Renderer: Controls anything inside of the tab where a website is displayed.

渲染进程控制了展示在Tab页中的网页的一切事情。可以理解为渲染进程就是专门为具体的某个网页服务的。

我们知道，Javascript可以直接与界面交互。假想一下，如果Javascript采用多线程策略，各个线程都能操作DOM，那最终的界面呈现到底以谁为准呢？这显然是存在矛盾的。因此，Javascript选择使用单线程模型的一个重要原因就是：为了保证用户界面的强一致性。

为了保证界面交互的连贯性和平滑度，Main Thread中，Javascript的执行和页面的渲染会交替执行（出于性能考虑，某些情况下，浏览器判断不需要执行界面渲染，会略过渲染的步骤）。目前大多数设备的屏幕刷新率为60次/秒，1帧大约是16.67ms，在这1帧的周期内，既要完成Javascript的执行，还要完成界面的渲染（if necessary），利用人眼的残影效应，让用户觉得界面交互是非常流畅的。

用一张图看看1帧的基本过程，引用自https://aerotwist.com/blog/the-anatomy-of-a-frame/

解剖1帧

PS：requestIdleCallback是空闲回调，在1帧的末尾，如果还有时间富余，就会调用requestIdleCallback。注意不要在requestIdleCallback中修改DOM，或者读取布局信息导致触发Forced Synchronized Layout，否则会引发性能和体验问题。具体见Using requestIdleCallback。

我们知道，一个网页中的Render Process只有一个Main Thread，本质上来说，Javascript的任务在执行阶段都是按顺序执行，但是JS引擎在解析Javascript代码时，会把代码分为同步任务和异步任务。同步任务直接进入Main Thread执行；异步任务进入任务队列，并关联着一个异步回调。

在一个web app中，我们会写一些Javascript代码或者引用一些脚本，用作应用的初始化工作。在这些初始代码中，会按照顺序执行其中的同步代码。而在这些同步代码执行的过程中，会陆陆续续监听一些事件或者注册一些异步API（网络相关，IO相关，等等…）的回调，这些事件处理程序和回调就是异步任务，异步任务会进入任务队列，并且在接下来的Event Loop中被处理。

异步任务又分为Task和Microtask，各自有单独的数据结构和内存来维护。

用一个简单的例子来感受下：

var a = 1;
console.log('a:', a)
var b = 2;
console.log('b:', b)
setTimeout(function task1(){
  console.log('task1:', 5)
  Promise.resolve(6).then(function microtask2(res){
    console.log('microtask2:', res)
  })
}, 0)
Promise.resolve(4).then(function microtask1(res){
  console.log('microtask1:', res)
})
var b = 3;
console.log('c:', c)

以上代码执行后，依次在控制台输出：

a: 1
b: 2
c: 3
microtask1: 4
task1: 5
microtask2: 6

仔细一看也没什么难的，但是这背后发生的细节，还是有必要探究下。我们不妨先问自己几个问题，一起来看下吧。

Task和Microtask都有哪些？

Tasks：
- setTimeout
- setInterval
- MessageChannel
- I/0（文件，网络）相关API
- DOM事件监听：浏览器环境
- setImmediate：Node环境，IE好像也支持（见caniuse数据）
Microtasks:
- requestAnimationFrame：浏览器环境
- MutationObserver：浏览器环境
- Promise.prototype.then, Promise.prototype.catch, Promise.prototype.finally
- process.nextTick：Node环境
- queueMicrotask

requestAnimationFrame是不是微任务？

requestAnimationFrame简称rAF，经常被我们用来做动画效果，因为其回调函数执行频率与浏览器屏幕刷新频率保持一致，也就是我们通常说的它能实现60FPS的效果。在rAF被大范围应用前，我们经常使用setTimeout来处理动画。但是setTimeout在主线程繁忙时，不一定能及时地被调度，从而出现卡顿现象。

那么rAF属于宏任务或者微任务吗？其实很多网站都没有给出定义，包括MDN上也描述得非常简单。

我们不妨自己问问自己，rAF是宏任务吗？我想了一下，显然不是，rAF可以用来代替定时器动画，怎么能和定时器任务一样被Event Loop调度呢？

我又问了问自己，rAF是微任务吗？rAF的调用时机是在下一次浏览器重绘之前，这看起来和微任务的调用时机差不多，曾让我一度认为rAF是微任务，而实际上rAF也不是微任务。为什么这么说呢？请运行下这段代码。

function recursionRaf() {
	requestAnimationFrame(() => {
        console.log('raf回调')
        recursionRaf()
    })
}
recursionRaf();

你会发现，在无限递归的情况下，rAF回调正常执行，浏览器也可正常交互，没有出现阻塞的现象。

递归rAF并没有阻塞

而如果rAF是微任务的话，则不会有这种待遇。不信你可以翻到后面一节内容「如果Microtask执行时又创建了Microtask，怎么处理？」。

所以，rAF的任务级别是很高的，拥有单独的队列维护。在浏览器1帧的周期内，rAF与Javascript执行，浏览器重绘是同一个Level的。（其实，大家在前面那张「解剖1帧」的图中也能看出来了。）

Task和Microtask各有1个队列？

最初，我认为既然浏览器区分了Task和Microtask，那就只要各自安排一个队列存储任务即可。事实上，Task根据task source的不同，安排了独立的队列。比如Dom事件属于Task，但是Dom事件有很多种类型，为了方便user agent细分Task并精细化地安排各种不同类型Task的处理优先级，甚至做一些优化工作，必须有一个task source来区分。同理，Microtask也有自己的microtask task source。

具体解释见HTML标准中的一段话：

Essentially, task sources are used within standards to separate logically-different types of tasks, which a user agent might wish to distinguish between. Task queues *are used by user agents to coalesce task sources within a given event loop。

Task和Microtask的消费机制是怎样的？

An event loop has one or more task queues. A task queue is a set of tasks.

javascript是事件驱动的，所以Event Loop是异步任务调度的核心。虽然我们一直说任务队列，但是Tasks在数据结构上不是队列（Queue），而是集合（Set）。在每一轮Event Loop中，会取出第一个runnable的Task（第一个可执行的Task，并不一定是顺序上的第一个Task）进入Main Thread执行，然后再检查Microtask队列并执行队列中所有Microtask。

说再多，都不如一张图直观，请看！

event loop

Task和Microtask什么时候进入相应队列?

回过头来看，我们一直在提这个概念“异步任务进入队列”，那么就有个疑问，Task和Microtask到底是什么时候进入相应的队列？我们重新来捋捋。异步任务有注册，进队列，回调被执行这三个关键行为。注册很好理解，代表这个任务被创建了；而回调被执行则代表着这个任务已经被主线程捞起并执行了。但是，在进队列这一行为上，宏任务和微任务的表现是不一样的。

宏任务进队列

对于Task而言，任务注册时就会进入队列，只是任务的状态还不是runnable，不具备被Event Loop捞起的条件。

我们先用Dom事件为例举个例子。

1
2
3

document.body.addEventListener('click', function(e) {
    console.log('被点击了', e)
})

当addEventListener这行代码被执行时，任务就注册了，代表有一个用户点击事件相关的Task进入任务队列。那么这个宏任务什么时候才变成runnable呢？当然是用户点击发生并且信号传递到浏览器Render Process的Main Thread后，此时宏任务变成runnable状态，才可以被Event Loop捞起，进入Main Thread执行。

这里再举个例子，顺便解释下为什么setTimeout 0会有延迟。

1
2
3

setTimeout(function() {
	console.log('我是setTimeout注册的宏任务')
}, 0)

执行setTimeout这行代码时，相应的宏任务就被注册了，并且Main Thread会告知定时器线程，“你定时0毫秒后给我一个消息”。定时器线程收到消息，发现只要等待0毫秒，立马就给Main Thread一个消息，“我这边已经过了0毫秒了”。Main Thread收到这个回复消息后，就把相应宏任务的状态置为runnable，这个宏任务就可以被Event Loop捞起了。

可以看到，经过这样一个线程间通信的过程，即便是延时0毫秒的定时器，其回调也并不是在真正意义上的0毫秒之后执行，因为通信过程就需要耗费时间。网上有个观点说setTimeout 0的响应时间最少是4ms，其实也是有依据的，不过也是有条件的。

HTML Living Standard: If nesting level is greater than 5, and timeout is less than 4, then set timeout to 4.

对于这种说法，我觉得自己有个概念就行，不同浏览器在实现规范的细节上肯定不一样，具体通信过程也不详，是不是4ms也不好说，关键是你有没有搞清楚这背后经历了什么。

微任务进队列

前面我们提到一个观点，执行完一个Task后，如果Microtask队列不为空，会把Microtask队列中所有的Microtask都取出来执行。我认为，Microtask不是在注册时就进入Microtask队列，因为Event Loop处理Microtask队列时，并不会判断Microtask的状态。反过来想，如果Microtask在注册时就进入Microtask队列，就会存在Microtask还未变为runnable状态就被执行的情况，这显然是不合理的。我的观点是，Microtask在变为runnable状态时才进入Microtask队列。

那么我们来分析下Microtask什么时候变成runnable状态，首先来看看Promise。

var promise1 = new Promise((resolve, reject) => {
    resolve(1);
})
promise1.then(res => {
    console.log('promise1微任务被执行了')
})

读者们，我的第一个问题是，Promise的微任务什么时候被注册？new Promise的时候？还是什么时候？不妨来猜一猜！

答案是.then被执行的时候。（当然，还有.catch的情况，这里只是就这个例子说）。

那么Promise微任务的状态什么时候变成runnable呢？相信不少读者已经有了头绪了，没错，就是Promise状态发生转移的时候，在本例中也就是resolve(1)被执行的时候，Promise状态由pending转移为fulfilled。在resolve(1)执行后，这个Promise微任务就进入Microtask队列了，并且将在本次Event Loop中被执行。

基于这个例子，我们再来加深下难度。

var promise1 = new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
        resolve(1);
    }, 0);
});
promise1.then(res => {
    console.log('promise1微任务被执行了');
});

在这个例子中，Promise微任务的注册和进队列并不在同一次Event Loop。怎么说呢？在第一个Event Loop中，通过.then注册了微任务，但是我们可以发现，new Promise时，执行了一个setTimeout，这是相当于注册了一个宏任务。而resolve(1)必须在宏任务被执行时才会执行。很明显，两者中间隔了至少一次Event Loop。

如果能分析Promise微任务的过程，你自然就知道怎么分析ObserverMutation微任务的过程了，这里不再赘述。

如果Microtask执行时又创建了Microtask，怎么处理？

我们知道，一次Event Loop最多只执行一个runnable的Task，但是会执行Microtask队列中的所有Microtask。如果在执行Microtask时，又创建了新的Microtask，这个新的Microtask是在下次Event Loop中被执行吗？答案是否定的。微任务可以添加新的微任务到队列中，并在下一个任务开始执行之前且当前Event Loop结束之前执行完所有的微任务。请注意不要递归地创建微任务，否则会陷入死循环。

下面就是一个糟糕的示例。

// bad case
function recursionMicrotask() {
	Promise.resolve().then(() => {
		recursionMicrotask()
	})
}
recursionMicrotask();

请不要轻易尝试，否则页面会卡死哦！（因为Microtask占着Main Thread不释放，浏览器渲染都没办法进行了）

为什么要区分Task和Microtask？

这是一个非常重要的问题。为什么不在执行完Task后，直接进行浏览器渲染这一步骤，而要再加上执行Microtask这一步呢？其实在前面的问题中已经解答过了。一次Event Loop只会消费一个宏任务，而微任务队列在被消费时有“继续上车”的机制，这就让开发者有了更多的想象力，对代码的控制力会更强。

做几道题热热身？

在冲击Promise/A+规范前，不妨先用几个习题来测试下自己对Promise的理解程度。

基本操作

function mutationCallback(mutationRecords, observer) {
    console.log('mt1')
}

const observer = new MutationObserver(mutationCallback)
observer.observe(document.body, { attributes: true })

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('mt2')
    setTimeout(() => {
        console.log('t1')
    }, 0)
    document.body.setAttribute('test', "a")
}).then(() => {
    console.log('mt3')
})

setTimeout(() => {
    console.log('t2')
}, 0)

这道题就不分析了，答案：mt2 mt1 mt3 t2 t1

浏览器不讲武德？

Promise.resolve().then(() => {
    console.log(0);
    return Promise.resolve(4);
}).then((res) => {
    console.log(res)
})

Promise.resolve().then(() => {
    console.log(1);
}).then(() => {
    console.log(2);
}).then(() => {
    console.log(3);
}).then(() => {
    console.log(5);
}).then(() =>{
    console.log(6);
})

这道题据说是字节内部流出的一道题，说实话我刚看到的时候也是一头雾水。经过我在Chrome测试，得到的答案确实很有规律，就是：0 1 2 3 4 5 6。

先输出0，再输出1，我还能理解，为什么输出2和3后又突然跳到4呢，浏览器你不讲武德啊！

emm…我被戴上了痛苦面具！

那么这背后的执行顺序到底是怎样的呢？仔细分析下，你会发现还是有迹可循的。

老规矩，第一个问题，这道题的代码执行过程中，产生了多少个微任务？可能很多人认为是7个，但实际上应该是8个。

编号	注册时机	异步回调
mt1	.then()	console.log(0);return Promise.resolve(4);
mt2	.then(res)	console.log(res)
mt3	.then()	console.log(1);
mt4	.then()	console.log(2);
mt5	.then()	console.log(3);
mt6	.then()	console.log(5);
mt7	.then()	console.log(6);
mt8	`return Promise.resolve(4)`执行并且execution context stack清空后，隐式注册	隐式回调（未体现在代码中），目的是让mt2变成runnable状态

同步任务执行，注册mt1~mt7七个微任务，此时execution context stack为空，并且mt1和mt3的状态变为runnable。JS引擎安排mt1和mt3进入Microtask队列（通过HostEnqueuePromiseJob实现）。
Perform a microtask checkpoint，由于mt1和mt3是在同一次JS call中变为runnable的，所以mt1和mt3的回调先后进入execution context stack执行。
mt1回调进入execution context stack执行，输出0，返回Promise.resolve(4)。mt1出队列。由于mt1回调返回的是一个状态为fulfilled的Promise，所以之后JS引擎会安排一个job（job是ecma中的概念，等同于微任务的概念，这里先给它编号mt8），其回调目的是让mt2的状态变为fulfilled（前提是当前execution context stack is empty）。所以紧接着还是先执行mt3的回调。
mt3回调进入execution context stack执行，输出1，mt4变为runnable状态，execution context stack is empty，mt3出队列。
由于此时mt4已经是runnable状态，JS引擎安排mt4进队列，接着JS引擎会安排mt8进队列。
接着，mt4回调进入execution context stack执行，输出2，mt5变为runnable，mt4出队列。JS引擎安排mt5进入Microtask队列。
mt8回调执行，目的是让mt2变成runnable状态，mt8出队列。mt2进队列。
mt5回调执行，输出3，mt6变为runnable，mt5出队列。mt6进队列。
mt2回调执行，输出4，mt2出队列。
mt6回调执行，输出5，mt7变为runnable，mt6出队列。mt7进队列。
mt7回调执行，输出6，mt7出队列。执行完毕！总体来看，输出结果依次为：0 1 2 3 4 5 6。

对这块执行过程尚有疑问的朋友，可以先往下看看Promise/A+规范和ECMAScript262规范中关于Promise的约定，再回过头来思考，也欢迎留言与我交流！

经过我在Edge浏览器测试，结果是：0 1 2 4 3 5 6。可以看到，不同浏览器在实现Promise的主流程上是吻合的，但是在一些细枝末节上还有不一致的地方。实际应用中，我们只要注意规避这种问题即可。

实现Promise/A+

热身完毕，接下来就是直面大boss Promise/A+规范。Promise/A+规范列举了大大小小三十余条细则，一眼看过去还是挺晕的。

Promise/A+

仔细阅读多遍规范之后，我有了一个基本认识，要实现Promise/A+规范，关键是要理清其中几个核心点。

关系链路

本来写了大几千字有点觉得疲倦了，于是想着最后这部分就用文字讲解快速收尾，但是最后这节写到一半时，我觉得我写不下去了，纯文字的东西太干了，干得没法吸收，这对那些对Promise掌握程度不够的读者来说是相当不友好的。所以，我觉得还是先用一张图来描述一下Promise的关系链路。

首先，Promise它是一个对象，而Promise/A+规范则是围绕着Promise的原型方法.then()展开的。

.then()的特殊性在于，它会返回一个新的Promise实例，在这种连续调用.then()的情况下，就会串起一个Promise链，这与原型链又有一些相似之处。“恬不知耻”地再推荐一篇「思维导图学前端」6k字一文搞懂Javascript对象，原型，继承，哈哈哈。
另一个灵活的地方在于，p1.then(onFulfilled, onRejected)返回的新Promise实例p2，其状态转移的发生是在p1的状态转移发生之后（这里的之后指的是异步的之后）。并且，p2的状态转移为Fulfilled还是Rejected，这一点取决于onFulfilled或onRejected的返回值，这里有一个较为复杂的分析过程，也就是后面所述的Promise Resolution Procedure算法。

我这里画了一个简单的时序图，画图水平很差，只是为了让读者们先有个基本印象。

其中还有很多细节是没提到的（因为细节真的太多了，全部画出来就相当复杂，具体过程请看我文末附的源码）。

nextTick

看了前面内容，相信大家都有一个概念，微任务是一个异步任务，而我们要实现Promise的整套异步机制，必然要具备模拟微任务异步回调的能力。在规范中也提到了这么一条信息：

This can be implemented with either a “macro-task” mechanism such as setTimeout or setImmediate, or with a “micro-task” mechanism such as MutationObserver or process.nextTick.

我这里选择的是用微任务来实现异步回调，如果用宏任务来实现异步回调，那么在Promise微任务队列执行过程中就可能会穿插宏任务，这就不太符合微任务队列的调度逻辑了。这里还对Node环境和浏览器环境做了兼容，Node环境中可以使用process.nextTick回调来模拟微任务的执行，而在浏览器环境中我们可以选择MutationObserver。

function nextTick(callback) {
  if (typeof process !== 'undefined' && typeof process.nextTick === 'function') {
    process.nextTick(callback)
  } else {
    const observer = new MutationObserver(callback)
    const textNode = document.createTextNode('1')
    observer.observe(textNode, {
      characterData: true
    })
    textNode.data = '2'
  }
}

状态转移

Promise实例一共有三种状态，分别是Pending, Fulfilled, Rejected，初始状态是Pending。

const PROMISE_STATES = {
  PENDING: 'pending',
  FULFILLED: 'fulfilled',
  REJECTED: 'rejected'
}

class MyPromise {
  constructor(executor) {
    this.state = PROMISE_STATES.PENDING;
  }
  // ...其他代码
}

一旦Promise的状态发生转移，就不可再转移为其他状态。

/**
 * 封装Promise状态转移的过程
 * @param {MyPromise} promise 发生状态转移的Promise实例
 * @param {*} targetState 目标状态
 * @param {*} value 伴随状态转移的值，可能是fulfilled的值，也可能是rejected的原因
 */
function transition(promise, targetState, value) {
  if (promise.state === PROMISE_STATES.PENDING && targetState !== PROMISE_STATES.PENDING) {
    // 2.1: state只能由pending转为其他态，状态转移后，state和value的值不再变化
    Object.defineProperty(promise, 'state', {
      configurable: false,
      writable: false,
      enumerable: true,
      value: targetState
    })
    // ...其他代码
  }
}

触发状态转移是靠调用resolve()或reject()实现的。当resolve()被调用时，当前Promise也不一定会立即变为Fulfilled状态，因为传入resolve(value)方法的value有可能也是一个Promise，这个时候，当前Promise必须追踪传入的这个Promise的状态，整个确定Promise状态的过程是通过Promise Resolution Procedure算法实现的，具体细节封装到了下面代码中的resolvePromiseWithValue函数中。当reject()被调用时，当前Promise的状态就是确定的，一定是Rejected，此时可以通过transition函数（封装了状态转移的细节）将Promise的状态进行转移，并执行后续动作。

// resolve的执行，是一个触发信号，基于此进行下一步的操作
function resolve(value) {
  resolvePromiseWithValue(this, value)
}
// reject的执行，是状态可以变为Rejected的信号
function reject(reason) {
  transition(this, PROMISE_STATES.REJECTED, reason)
}

class MyPromise {
  constructor(executor) {
    this.state = PROMISE_STATES.PENDING;
    this.fulfillQueue = [];
    this.rejectQueue = [];
    // 构造Promise实例后，立刻调用executor
    executor(resolve.bind(this), reject.bind(this))
  }
}

链式追踪

假设现在有一个Promise实例，我们称之为p1。由于promise1.then(onFulfilled, onRejected)会返回一个新的Promise（我们称之为p2），与此同时，也会注册一个微任务mt1，这个新的p2会追踪其关联的p1的状态变化。

当p1的状态发生转移时，微任务mt1回调会在接下来被执行，如果状态是Fulfilled，则onFulfilled会被执行，否则onRejected会被执行。微任务mt回调1执行的结果将作为决定p2状态的依据。以下是Fulfilled情况下的部分关键代码，其中promise指的是p1，而chainedPromise指的是p2。

// 回调应异步执行，所以用到了nextTick
nextTick(() => {
  // then可能会被调用多次，所以异步回调应该用数组来维护
  promise.fulfillQueue.forEach(({ handler, chainedPromise }) => {
    try {
      if (typeof handler === 'function') {
        const adoptedValue = handler(value)
        // 异步回调返回的值将决定衍生的Promise的状态
        resolvePromiseWithValue(chainedPromise, adoptedValue)
      } else {
        // 存在调用了then，但是没传回调作为参数的可能，此时衍生的Promise的状态直接采纳其关联的Promise的状态。
        transition(chainedPromise, PROMISE_STATES.FULFILLED, promise.value)
      }
    } catch (error) {
      // 如果回调抛出了异常，此时直接将衍生的Promise的状态转移为rejected，并用异常error作为reason
      transition(chainedPromise, PROMISE_STATES.REJECTED, error)
    }
  })
  // 最后清空该Promise关联的回调队列
  promise.fulfillQueue = [];
}）

Promise Resolution Procedure算法

Promise Resolution Procedure算法是一种抽象的执行过程，它的语法形式是[[Resolve]](promise, x "[Resolve]")，接受的参数是一个Promise实例和一个值x，通过值x的可能性，来决定这个Promise实例的状态走向。如果直接硬看规范，会有点吃力，这里直接说人话解释一些细节。

2.3.1

如果promise和值x引用同一个对象，应该直接将promise的状态置为Rejected，并且用一个TypeError作为reject的原因。

If promise and x refer to the same object, reject promise with a TypeError as the reason.

【说人话】举个例子，老板说只要今年业绩超过10亿，业绩就超过10亿。这显然是个病句，你不能拿预期本身作为条件。正确的玩法是，老板说只要今年业绩超过10亿，就发1000万奖金（嘿嘿，这种事期待一下就好了）。

代码实现：

if (promise === x) {
    // 2.3.1 由于Promise采纳状态的机制，这里必须进行全等判断，防止出现死循环
    transition(promise, PROMISE_STATES.REJECTED, new TypeError('promise and x cannot refer to a same object.'))
}

2.3.2

如果x是一个Promise实例，promise应该采纳x的状态。

2.3.2 If x is a promise, adopt its state [3.4]:

2.3.2.1 If `x` is pending, `promise` must remain pending until `x` is fulfilled or rejected.

2.3.2.2 If/when `x` is fulfilled, fulfill `promise` with the same value.

2.3.2.3 If/when `x` is rejected, reject `promise` with the same reason.

【说人话】小王问领导：“今年会发年终奖吗？发多少？”领导听了心里想，“这个事我之前也在打听，不过还没定下来，得看老板的意思。”，于是领导对小王说：“会发的，不过要等消息！”。

注意，这个时候，领导对小王许下了承诺，但是这个承诺p2的状态还是pending，需要看老板给的承诺p1的状态。

可能性1：过了几天，老板对领导说：“今年业务做得可以，年终奖发1000万”。这里相当于p1已经是fulfilled状态了，value是1000万。领导拿了这个准信了，自然可以跟小王兑现承诺p2了，于是对小王说：“年终奖可以下来了，是1000万！”。这时，承诺p2的状态就是fulfilled了，value也是1000万。小王这个时候就“别墅靠海”了。

可能性2：过了几天，老板有点发愁，对领导说：“今年业绩不太行啊，年终奖就不发了吧，明年，咱们明年多发点。”显然，这里p1就是rejected了，领导一看这情况不对啊，但也没办法，只能对小王说：“小王啊，今年公司情况特殊，年终奖就不发了。”这p2也随之rejected了，小王内心有点炸裂……

注意，Promise /A+规范2.3.2小节这里有两个大的方向，一个是x的状态未定，一个是x的状态已定。在代码实现上，这里有个技巧，对于状态未定的情况，必须用订阅的方式来实现，而.then就是订阅的绝佳途径。

else if (isPromise(x)) {
    // 2.3.2 如果x是一个Promise实例，则追踪并采纳其状态
    if (x.state !== PROMISE_STATES.PENDING) {
      // 假设x的状态已经发生转移，则直接采纳其状态
      transition(promise, x.state, x.state === PROMISE_STATES.FULFILLED ? x.value : x.reason)
    } else {
      // 假设x的状态还是pending，则只需等待x状态确定后再进行promise的状态转移
      // 而x的状态转移结果是不定的，所以两种情况我们都需要进行订阅
      // 这里用一个.then很巧妙地完成了订阅动作
      x.then(value => {
        // x状态转移为fulfilled，由于callback传过来的value是不确定的类型，所以需要继续应用Promise Resolution Procedure算法
        resolvePromiseWithValue(promise, value, thenableValues)
      }, reason => {
        // x状态转移为rejected
        transition(promise, PROMISE_STATES.REJECTED, reason)
      })
    }
}

多的细节咱这篇文章就不一一分析了，写着写着快1万字了，就先结束掉吧，感兴趣的读者可以直接打开源码看（往下看）。

这是跑测试用例的效果图，可以看到，872个case是全部通过的。

完整代码

这里直接给出我写的Promise/A+规范的Javascript实现，供大家参考。后面如果有时间，会考虑详细分析下。

github仓库：promises-aplus-robin（顺手点个star就更好了）
源码
源码注释版

缺陷

我这个版本的Promise/A+规范实现，不具备检测execution context stack为空的能力，所以在细节上会有一点问题（execution context stack还未清空就插入了微任务），无法适配上面那道「浏览器不讲武德？」的题目所述场景。

方法论

不管是手写实现Promise/A+规范，还是实现其他Native Code，其本质上绕不开以下几点：

准确理解Native Code实现的能力，就像你理解一个需求要实现哪些功能点一样，并确定实现上的优先级。
针对每个功能点或者功能描述，逐一用代码实现，优先打通主干流程。
设计足够丰富的测试用例，回归测试，不断迭代，保证场景的覆盖率，最终打造一段优质的代码。

总结

看到结尾，相信大家也累了，感谢各位读者的阅读！希望本文对宏任务和微任务的解读能给各位读者带来一点启发。Promise/A+规范总体来说还是比较晦涩难懂的，这对新手来说是不太友好的，因此我建议有一定程度的Promise实际使用经验后再深入学习Promise/A+规范。通过学习和理解Promise/A+规范的实现机制，你会更懂Promise的一些内部细节，对于设计一些复杂的异步过程会有极大的帮助，再不济也能提升你的异步调试和排错能力。

这里还有一些规范和文章可以参考：

公众号-前端司南

# Promise/A+