JS `Top-level await` 在循环依赖模块中的 `Deadlock` 风险与处理

各位好，今天咱们聊聊 JavaScript 里一个挺刺激的话题：顶层 await 在循环依赖中引发的死锁风险，以及如何避免踩坑。这玩意儿就像潘多拉的魔盒，用好了威力无穷，用不好就可能让你抓狂。

开场白：循环依赖，剪不断理还乱

在大型 JavaScript 项目里，模块之间的依赖关系错综复杂，就像一团乱麻。有时候，你会不小心写出循环依赖的代码，也就是 A 模块依赖 B 模块，而 B 模块又依赖 A 模块。这就像两个人互相等对方先挂电话，结果谁也打不出去。

// a.js
import { bValue } from './b.js';

console.log('a.js: 尝试访问 bValue:', bValue); // 可能输出 undefined 或报错

export const aValue = 'Hello from a.js';

// b.js
import { aValue } from './a.js';

console.log('b.js: 尝试访问 aValue:', aValue); // 可能输出 undefined 或报错

export const bValue = 'Hello from b.js';

在没有顶层 await 的情况下，循环依赖通常不会立即导致程序崩溃，但可能会出现一些奇怪的行为，比如变量未定义或者值不符合预期。这是因为 JavaScript 引擎在解析模块时，会尝试先执行模块的代码，然后再解析依赖关系。所以，在上面的例子中，a.js 可能会在 b.js 定义 bValue 之前就尝试访问它，导致拿到 undefined。

正餐：顶层 await，甜蜜的毒药

ES2020 引入了顶层 await，允许你在模块的顶层直接使用 await 关键字，而无需将其包裹在 async 函数中。这使得异步操作的编写更加简洁和直观。

// dataFetcher.js
async function fetchData() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Data from server');
    }, 1000);
  });
}

export const data = await fetchData(); // 顶层 await
console.log('dataFetcher.js: Data fetched:', data);

乍一看，顶层 await 很香，解决了异步操作的同步化问题。然而，当它与循环依赖结合时，就会产生意想不到的死锁风险。

死锁案例：一个悲伤的故事

假设我们有两个模块 moduleA.js 和 moduleB.js，它们之间存在循环依赖，并且都使用了顶层 await。

// moduleA.js
import { dataB } from './moduleB.js';

console.log('moduleA.js: 尝试访问 dataB');
export const dataA = await new Promise(resolve => {
  setTimeout(() => {
    resolve('Data A');
    console.log('moduleA.js: dataA resolved');
  }, 500);
});

console.log('moduleA.js: dataB:', dataB);

// moduleB.js
import { dataA } from './moduleA.js';

console.log('moduleB.js: 尝试访问 dataA');
export const dataB = await new Promise(resolve => {
  setTimeout(() => {
    resolve('Data B');
    console.log('moduleB.js: dataB resolved');
  }, 500);
});

console.log('moduleB.js: dataA:', dataA);

当 JavaScript 引擎开始加载 moduleA.js 时，它会遇到 import { dataB } from './moduleB.js';，于是它会暂停 moduleA.js 的执行，转而去加载 moduleB.js。

在加载 moduleB.js 时，引擎又会遇到 import { dataA } from './moduleA.js';，于是它又会暂停 moduleB.js 的执行，试图回到 moduleA.js。

但是，moduleA.js 正在等待 moduleB.js 加载完成，而 moduleB.js 正在等待 moduleA.js 加载完成。这就形成了一个死锁，两个模块都在互相等待，谁也无法继续执行下去。最终，程序会卡住，没有任何输出。

死锁的原因分析：

循环依赖： moduleA 依赖 moduleB，moduleB 依赖 moduleA。
顶层 await： moduleA 和 moduleB 都在顶层使用了 await，导致模块的执行必须等待 await 的 Promise resolve。
模块加载机制： JavaScript 引擎在加载模块时，会先加载依赖的模块，然后再执行当前模块的代码。

避免死锁的几种姿势

既然知道了死锁的原因，那么解决起来也就有了方向。以下是一些避免顶层 await 导致的循环依赖死锁的常用方法：

打破循环依赖： 这是最根本的解决方法。重新设计你的模块结构，消除循环依赖。你可以通过引入中间模块，或者将一些公共的逻辑提取到一个单独的模块中来实现。

// common.js
export async function fetchData() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Common Data');
    }, 500);
  });
}

// moduleA.js
import { fetchData } from './common.js';
import { dataB } from './moduleB.js';

export const dataA = await fetchData();
console.log('moduleA.js: dataA:', dataA);
console.log('moduleA.js: dataB:', dataB);

// moduleB.js
import { fetchData } from './common.js';
import { dataA } from './moduleA.js';

export const dataB = await fetchData();
console.log('moduleB.js: dataB:', dataB);
console.log('moduleB.js: dataA:', dataA);

在这个例子中，我们将公共的 fetchData 函数提取到了 common.js 模块中，moduleA.js 和 moduleB.js 都依赖 common.js，但它们之间不再存在直接的循环依赖。

使用动态 import()： 动态 import() 允许你在运行时按需加载模块。这可以避免在模块加载时立即执行顶层 await，从而打破死锁。

// moduleA.js
let dataB;

async function init() {
  const moduleB = await import('./moduleB.js');
  dataB = moduleB.dataB;
  console.log('moduleA.js: dataB:', dataB);
}

export const dataA = await new Promise(resolve => {
  setTimeout(() => {
    resolve('Data A');
    console.log('moduleA.js: dataA resolved');
  }, 500);
});

init();
console.log('moduleA.js: dataA:', dataA);

// moduleB.js
let dataA;

async function init() {
  const moduleA = await import('./moduleA.js');
  dataA = moduleA.dataA;
  console.log('moduleB.js: dataA:', dataA);
}

export const dataB = await new Promise(resolve => {
  setTimeout(() => {
    resolve('Data B');
    console.log('moduleB.js: dataB resolved');
  }, 500);
});

init();
console.log('moduleB.js: dataB:', dataB);

在这个例子中，我们使用 dynamic import() 在 init 函数中异步加载 moduleB.js 和 moduleA.js。这使得模块的加载和执行可以交错进行，从而避免了死锁。

延迟执行 await： 将 await 操作放到函数内部，延迟到模块加载完成后再执行。

// moduleA.js
import { getDataB } from './moduleB.js';

let dataA;

async function init() {
    dataA = await new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => {
            resolve('Data A');
            console.log('moduleA.js: dataA resolved');
        }, 500);
    });
    console.log('moduleA.js: dataB:', await getDataB()); // 延迟 await
}

init();

export const getDataA = async () => dataA; // 导出获取dataA的异步方法

// moduleB.js
import { getDataA } from './moduleA.js';

let dataB;

async function init() {
    dataB = await new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => {
            resolve('Data B');
            console.log('moduleB.js: dataB resolved');
        }, 500);
    });
    console.log('moduleB.js: dataA:', await getDataA()); // 延迟 await
}

init();

export const getDataB = async () => dataB; // 导出获取dataB的异步方法

在这个例子中，我们没有在顶层直接 await，而是将 await 操作放到了 init 函数中。init 函数会在模块加载完成后再执行。同时，我们导出了获取对应数据的异步函数。

模块初始化函数： 创建一个模块初始化函数，在所有模块都加载完成后再调用它。这可以确保所有模块都已准备好，避免在模块加载过程中出现死锁。

// moduleA.js
import { init as initB, dataB } from './moduleB.js';

export let dataA;

export async function init() {
  dataA = await new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Data A');
    }, 500);
  });
  console.log('moduleA.js: dataA initialized');
  console.log('moduleA.js: dataB:', dataB);
}

// moduleB.js
import { init as initA, dataA } from './moduleA.js';

export let dataB;

export async function init() {
  dataB = await new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Data B');
    }, 500);
  });
  console.log('moduleB.js: dataB initialized');
  console.log('moduleB.js: dataA:', dataA);
}

// index.js (入口文件)
import { init as initA } from './moduleA.js';
import { init as initB } from './moduleB.js';

async function main() {
  await initA();
  await initB();
  console.log('All modules initialized');
}

main();

在这个例子中，我们定义了 init 函数来初始化每个模块。在入口文件 index.js 中，我们先导入所有模块，然后依次调用它们的 init 函数。这确保了所有模块都已加载并准备好，避免了死锁。

表格总结：避免顶层 await 死锁的策略

策略	优点	缺点	适用场景
打破循环依赖	最根本的解决方法，避免了死锁的根源。	需要重新设计模块结构，可能比较复杂。	所有存在循环依赖的场景。
动态 `import()`	可以按需加载模块，避免在模块加载时立即执行顶层 `await`。	代码可读性可能降低，需要处理异步加载的逻辑。	适用于不需要立即加载所有模块的场景，例如懒加载。
延迟执行 `await`	将 `await` 操作放到函数内部，延迟到模块加载完成后再执行。	需要修改模块的导出方式，可能增加代码的复杂性。	适用于需要在模块加载后才能执行 `await` 操作的场景。
模块初始化函数	可以确保所有模块都已加载并准备好，避免在模块加载过程中出现死锁。	需要维护一个模块初始化函数，可能增加代码的复杂性。	适用于需要在所有模块都加载完成后才能执行某些操作的场景，例如初始化配置。

一些额外的建议

代码审查： 团队合作时，进行代码审查可以帮助你及早发现循环依赖和顶层 await 的潜在问题。
使用工具： 可以使用一些工具来检测循环依赖，例如 madge。
保持警惕： 在编写代码时，时刻保持警惕，避免引入循环依赖和滥用顶层 await。

总结：避免踩坑，快乐编程

顶层 await 是一把双刃剑，用好了可以提高开发效率，用不好就可能导致死锁。希望通过今天的分享，你能更好地理解顶层 await 在循环依赖中的风险，并掌握避免死锁的技巧。记住，代码写得好，bug 没烦恼！

下次再见！

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