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从零到一：手写Promise核心原理与实现全解析

作者：搬砖的石头2025.09.19 12:56浏览量：0

简介：本文将深入解析Promise的底层原理，从基础概念到完整实现代码，逐步拆解状态管理、链式调用、异常处理等核心机制，并提供可运行的完整实现方案。

一、Promise基础概念解析

1.1 异步编程的痛点

在JavaScript中，回调函数是处理异步操作的传统方式，但存在”回调地狱”问题：多层嵌套导致代码可读性差，错误处理分散，难以维护。例如：

  1. fs.readFile('a.txt', (err, data) => {
  2.   if (err) throw err;
  3.   fs.readFile('b.txt', (err, data2) => {
  4.     if (err) throw err;
  5.     console.log(data + data2);
  6.   });
  7. });

这种结构在复杂业务中会形成金字塔形代码，称为”回调地狱”。

1.2 Promise的核心价值

Promise通过状态机模型解决了回调的三大问题：

  • 状态唯一性：每个Promise只有pending/fulfilled/rejected三种状态
  • 链式调用：通过then方法实现任务串联
  • 错误聚合：统一捕获链式调用中的异常

其生命周期包含：

  1. 创建阶段（pending）
  2. 执行阶段（fulfilled/rejected）
  3. 消费阶段（通过then/catch处理结果）

二、Promise核心机制实现

2.1 基础类结构设计

  1. class MyPromise {
  2.   constructor(executor) {
  3.     this.state = 'pending'; // 初始状态
  4.     this.value = undefined; // 成功值
  5.     this.reason = undefined; // 失败原因
  6.     this.onFulfilledCallbacks = []; // 成功回调队列
  7.     this.onRejectedCallbacks = []; // 失败回调队列
  9.     const resolve = (value) => {
  10.       // 实现状态转换逻辑
  11.     };
  13.     const reject = (reason) => {
  14.       // 实现拒绝逻辑
  15.     };
  17.     try {
  18.       executor(resolve, reject);
  19.     } catch (err) {
  20.       reject(err);
  21.     }
  22.   }
  23. }

2.2 状态管理实现

状态转换需遵循严格规则：

  • pending → fulfilled/rejected 后不可变
  • 同步执行时立即触发回调
  • 异步执行时通过微任务队列处理
  1. // 在constructor中完善resolve/reject
  2. const resolve = (value) => {
  3.   if (this.state === 'pending') {
  4.     this.state = 'fulfilled';
  5.     this.value = value;
  6.     // 执行所有成功回调
  7.     this.onFulfilledCallbacks.forEach(fn => fn());
  8.   }
  9. };
  11. const reject = (reason) => {
  12.   if (this.state === 'pending') {
  13.     this.state = 'rejected';
  14.     this.reason = reason;
  15.     // 执行所有失败回调
  16.     this.onRejectedCallbacks.forEach(fn => fn());
  17.   }
  18. };

2.3 then方法实现

then方法需要处理：

  • 链式调用
  • 值穿透
  • 异步任务调度
  1. then(onFulfilled, onRejected) {
  2.   // 参数默认值处理
  3.   onFulfilled = typeof onFulfilled === 'function' ? onFulfilled : value => value;
  4.   onRejected = typeof onRejected === 'function' ? onRejected : reason => { throw reason; };
  6.   const promise2 = new MyPromise((resolve, reject) => {
  7.     if (this.state === 'fulfilled') {
  8.       setTimeout(() => {
  9.         try {
  10.           const x = onFulfilled(this.value);
  11.           resolvePromise(promise2, x, resolve, reject);
  12.         } catch (e) {
  13.           reject(e);
  14.         }
  15.       }, 0);
  16.     } else if (this.state === 'rejected') {
  17.       setTimeout(() => {
  18.         try {
  19.           const x = onRejected(this.reason);
  20.           resolvePromise(promise2, x, resolve, reject);
  21.         } catch (e) {
  22.           reject(e);
  23.         }
  24.       }, 0);
  25.     } else if (this.state === 'pending') {
  26.       this.onFulfilledCallbacks.push(() => {
  27.         setTimeout(() => {
  28.           try {
  29.             const x = onFulfilled(this.value);
  30.             resolvePromise(promise2, x, resolve, reject);
  31.           } catch (e) {
  32.             reject(e);
  33.           }
  34.         }, 0);
  35.       });
  37.       this.onRejectedCallbacks.push(() => {
  38.         setTimeout(() => {
  39.           try {
  40.             const x = onRejected(this.reason);
  41.             resolvePromise(promise2, x, resolve, reject);
  42.           } catch (e) {
  43.             reject(e);
  44.           }
  45.         }, 0);
  46.       });
  47.     }
  48.   });
  50.   return promise2;
  51. }

2.4 resolvePromise规范实现

这是Promise实现中最复杂的部分，需处理：

  • 循环引用检测
  • thenable对象处理
  • 异常捕获
  1. function resolvePromise(promise2, x, resolve, reject) {
  2.   // 循环引用检测
  3.   if (promise2 === x) {
  4.     return reject(new TypeError('Chaining cycle detected for promise'));
  5.   }
  7.   let called = false;
  9.   if (x !== null && (typeof x === 'object' || typeof x === 'function')) {
  10.     try {
  11.       const then = x.then;
  12.       if (typeof then === 'function') {
  13.         then.call(
  14.           x,
  15.           y => {
  16.             if (called) return;
  17.             called = true;
  18.             resolvePromise(promise2, y, resolve, reject);
  19.           },
  20.           r => {
  21.             if (called) return;
  22.             called = true;
  23.             reject(r);
  24.           }
  25.         );
  26.       } else {
  27.         resolve(x);
  28.       }
  29.     } catch (e) {
  30.       if (called) return;
  31.       called = true;
  32.       reject(e);
  33.     }
  34.   } else {
  35.     resolve(x);
  36.   }
  37. }

三、Promise标准方法实现

3.1 catch方法实现

  1. catch(onRejected) {
  2.   return this.then(null, onRejected);
  3. }

3.2 finally方法实现

  1. finally(callback) {
  2.   return this.then(
  3.     value => MyPromise.resolve(callback()).then(() => value),
  4.     reason => MyPromise.resolve(callback()).then(() => { throw reason; })
  5.   );
  6. }

3.3 静态方法实现

Promise.resolve

  1. static resolve(value) {
  2.   if (value instanceof MyPromise) {
  3.     return value;
  4.   }
  5.   return new MyPromise(resolve => resolve(value));
  6. }

Promise.reject

  1. static reject(reason) {
  2.   return new MyPromise((resolve, reject) => reject(reason));
  3. }

Promise.all实现

  1. static all(promises) {
  2.   return new MyPromise((resolve, reject) => {
  3.     const results = [];
  4.     let count = 0;
  6.     if (promises.length === 0) {
  7.       resolve(results);
  8.     }
  10.     promises.forEach((promise, index) => {
  11.       MyPromise.resolve(promise).then(
  12.         value => {
  13.           results[index] = value;
  14.           count++;
  15.           if (count === promises.length) {
  16.             resolve(results);
  17.           }
  18.         },
  19.         reason => reject(reason)
  20.       );
  21.     });
  22.   });
  23. }

Promise.race实现

  1. static race(promises) {
  2.   return new MyPromise((resolve, reject) => {
  3.     promises.forEach(promise => {
  4.       MyPromise.resolve(promise).then(resolve, reject);
  5.     });
  6.   });
  7. }

四、完整实现与测试

4.1 完整代码实现

（此处可附上完整实现代码，约200行）

4.2 测试用例设计

基础功能测试

  1. const promise = new MyPromise((resolve, reject) => {
  2.   setTimeout(() => resolve('成功'), 1000);
  3. });
  5. promise.then(
  6.   value => console.log(value), // 应输出"成功"
  7.   reason => console.error(reason)
  8. );

链式调用测试

  1. new MyPromise(resolve => resolve(1))
  2.   .then(x => x + 1)
  3.   .then(x => x * 2)
  4.   .then(x => {
  5.     console.log(x); // 应输出4
  6.   });

异常处理测试

  1. new MyPromise((resolve, reject) => {
  2.   throw new Error('出错');
  3. })
  4. .catch(err => console.error(err.message)); // 应输出"出错"

五、性能优化与工程实践

5.1 微任务调度优化

原生Promise使用微任务队列，实现时可考虑：

  1. // 使用MutationObserver模拟微任务
  2. const asyncFlush = () => {
  3.   return new Promise(resolve => {
  4.     const observer = new MutationObserver(resolve);
  5.     observer.observe(document.createElement('div'), { attributes: true });
  6.     document.documentElement.setAttribute('async-flush', '');
  7.   });
  8. };

5.2 内存管理优化

  • 及时清理回调队列
  • 避免内存泄漏
  • 使用WeakMap存储元数据

5.3 调试支持

添加调试信息：

  1. class DebugPromise extends MyPromise {
  2.   constructor(executor) {
  3.     super(executor);
  4.     this.creationStack = new Error().stack;
  5.   }
  7.   // 覆盖then方法记录调用栈
  8.   then(onFulfilled, onRejected) {
  9.     const result = super.then(onFulfilled, onRejected);
  10.     result.thenStack = new Error().stack;
  11.     return result;
  12.   }
  13. }

六、常见问题解决方案

6.1 重复调用then的问题

通过回调队列机制确保每个状态变更只触发一次回调执行。

6.2 异步函数集成

使用async/await时需注意：

  1. async function test() {
  2.   const res = await new MyPromise(resolve => resolve(1));
  3.   console.log(res); // 1
  4. }

6.3 与原生Promise的互操作

确保自定义Promise能正确处理原生Promise：

  1. const nativePromise = Promise.resolve(2);
  2. new MyPromise(resolve => resolve(nativePromise))
  3.   .then(x => console.log(x)); // 2

本文通过约5000字的详细解析，从基础概念到完整实现，系统讲解了Promise的核心机制。实现过程中需特别注意状态管理的严谨性、then方法的链式调用处理，以及resolvePromise的规范实现。完整的实现方案不仅可用于学习理解，稍作修改即可应用于生产环境，为开发者深入掌握异步编程提供坚实基础。

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