JavaScript(ES6)
异步编程对JavaScript语言太重要。Javascript语言的执行环境是“单线程”的,如果没有异步编程,根本没法用,非卡死不可。
ES6诞生以前,异步编程的方法,大概有下面四种。
回调函数事件监听发布/订阅Promise 对象ES6将JavaScript异步编程带入了一个全新的阶段,ES7的Async
函数更是提出了异步编程的终极解决方案。
所谓"异步",简单说就是一个任务分成两段,先执行第一段,然后转而执行其他任务,等做好了准备,再回过头执行第二段。
比如,有一个任务是读取文件进行处理,任务的第一段是向操作系统发出请求,要求读取文件。然后,程序执行其他任务,等到操作系统返回文件,再接着执行任务的第二段(处理文件)。这种不连续的执行,就叫做异步。
相应地,连续的执行就叫做同步。由于是连续执行,不能插入其他任务,所以操作系统从硬盘读取文件的这段时间,程序只能干等着。
回调函数JavaScript语言对异步编程的实现,就是回调函数。所谓回调函数,就是把任务的第二段单独写在一个函数里面,等到重新执行这个任务的时候,就直接调用这个函数。它的英语名字callback,直译过来就是"重新调用"。
读取文件进行处理,是这样写的。
fs.readFile('/etc/passwd', function (err, data) { if (err) throw err; console.log(data);});
上面代码中,readFile函数的第二个参数,就是回调函数,也就是任务的第二段。等到操作系统返回了/etc/passwd
这个文件以后,回调函数才会执行。
一个有趣的问题是,为什么Node.js约定,回调函数的第一个参数,必须是错误对象err(如果没有错误,该参数就是null)?原因是执行分成两段,在这两段之间抛出的错误,程序无法捕捉,只能当作参数,传入第二段。
Promise回调函数本身并没有问题,它的问题出现在多个回调函数嵌套。假定读取A文件之后,再读取B文件,代码如下。
fs.readFile(fileA, function (err, data) { fs.readFile(fileB, function (err, data) { // ... });});
不难想象,如果依次读取多个文件,就会出现多重嵌套。代码不是纵向发展,而是横向发展,很快就会乱成一团,无法管理。这种情况就称为"回调函数地狱"(callback hell)。
Promise就是为了解决这个问题而提出的。它不是新的语法功能,而是一种新的写法,允许将回调函数的嵌套,改成链式调用。采用Promise,连续读取多个文件,写法如下。
var readFile=require('fs-readfile-promise');readFile(fileA).then(function(data){ console.log(data.toString());}).then(function(){ return readFile(fileB);}).then(function(data){ console.log(data.toString());}).catch(function(err) { console.log(err);});
上面代码中,我使用了fs-readfile-promise模块,它的作用就是返回一个Promise版本的readFile函数。Promise提供then方法加载回调函数,catch方法捕捉执行过程中抛出的错误。
可以看到,Promise 的写法只是回调函数的改进,使用then方法以后,异步任务的两段执行看得更清楚了,除此以外,并无新意。
Promise 的最大问题是代码冗余,原来的任务被Promise 包装了一下,不管什么操作,一眼看去都是一堆 then,原来的语义变得很不清楚。
那么,有没有更好的写法呢?
Generator函数协程传统的编程语言,早有异步编程的解决方案(其实是多任务的解决方案)。其中有一种叫做"协程"(coroutine),意思是多个线程互相协作,完成异步任务。
协程有点像函数,又有点像线程。它的运行流程大致如下。
第一步,协程A开始执行。第二步,协程A执行到一半,进入暂停,执行权转移到协程B。第三步,(一段时间后)协程B交还执行权。第四步,协程A恢复执行。上面流程的协程A,就是异步任务,因为它分成两段(或多段)执行。
举例来说,读取文件的协程写法如下。
function *asyncJob() { // ...其他代码 var f=yield readFile(fileA); // ...其他代码}
上面代码的函数asyncJob
是一个协程,它的奥妙就在其中的yield
命令。它表示执行到此处,执行权将交给其他协程。也就是说,yield
命令是异步两个阶段的分界线。
协程遇到yield
命令就暂停,等到执行权返回,再从暂停的地方继续往后执行。它的最大优点,就是代码的写法非常像同步操作,如果去除yield命令,简直一模一样。
Generator函数是协程在ES6的实现,最大特点就是可以交出函数的执行权(即暂停执行)。
整个Generator函数就是一个封装的异步任务,或者说是异步任务的容器。异步操作需要暂停的地方,都用yield
语句注明。Generator函数的执行方法如下。
function* gen(x){ var y=yield x + 2; return y;}var g=gen(1);g.next() // { value: 3, done: false }g.next() // { value: undefined, done: true }
上面代码中,调用Generator函数,会返回一个内部指针(即遍历器)g 。这是Generator函数不同于普通函数的另一个地方,即执行它不会返回结果,返回的是指针对象。调用指针g的next方法,会移动内部指针(即执行异步任务的第一段),指向第一个遇到的yield语句,上例是执行到x + 2
为止。
换言之,next方法的作用是分阶段执行Generator函数。每次调用next方法,会返回一个对象,表示当前阶段的信息(value属性和done属性)。value属性是yield语句后面表达式的值,表示当前阶段的值;done属性是一个布尔值,表示Generator函数是否执行完毕,即是否还有下一个阶段。
Generator函数的数据交换和错误处理Generator函数可以暂停执行和恢复执行,这是它能封装异步任务的根本原因。除此之外,它还有两个特性,使它可以作为异步编程的完整解决方案:函数体内外的数据交换和错误处理机制。
next方法返回值的value属性,是Generator函数向外输出数据;next方法还可以接受参数,这是向Generator函数体内输入数据。
function* gen(x){ var y=yield x + 2; return y;}var g=gen(1);g.next() // { value: 3, done: false }g.next(2) // { value: 2, done: true }
上面代码中,第一个next方法的value属性,返回表达式x + 2
的值(3)。第二个next方法带有参数2,这个参数可以传入 Generator 函数,作为上个阶段异步任务的返回结果,被函数体内的变量y接收。因此,这一步的 value 属性,返回的就是2(变量y的值)。
Generator 函数内部还可以部署错误处理代码,捕获函数体外抛出的错误。
function* gen(x){ try { var y=yield x + 2; } catch (e){ console.log(e); } return y;}var g=gen(1);g.next();g.throw('出错了');// 出错了
上面代码的最后一行,Generator函数体外,使用指针对象的throw方法抛出的错误,可以被函数体内的try ...catch代码块捕获。这意味着,出错的代码与处理错误的代码,实现了时间和空间上的分离,这对于异步编程无疑是很重要的。
异步任务的封装下面看看如何使用 Generator 函数,执行一个真实的异步任务。
var fetch=require('node-fetch');function* gen(){ var url='https://api.github.com/users/github'; var result=yield fetch(url); console.log(result.bio);}
上面代码中,Generator函数封装了一个异步操作,该操作先读取一个远程接口,然后从JSON格式的数据解析信息。就像前面说过的,这段代码非常像同步操作,除了加上了yield命令。
执行这段代码的方法如下。
var g=gen();var result=g.next();result.value.then(function(data){ return data.json();}).then(function(data){ g.next(data);});
上面代码中,首先执行Generator函数,获取遍历器对象,然后使用next 方法(第二行),执行异步任务的第一阶段。由于Fetch模块返回的是一个Promise对象,因此要用then方法调用下一个next 方法。
可以看到,虽然 Generator 函数将异步操作表示得很简洁,但是流程管理却不方便(即何时执行第一阶段、何时执行第二阶段)。
Thunk函数参数的求值策略Thunk函数早在上个世纪60年代就诞生了。
那时,编程语言刚刚起步,计算机学家还在研究,编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略",即函数的参数到底应该何时求值。
var x=1;function f(m){ return m * 2;}f(x + 5)
上面代码先定义函数f,然后向它传入表达式x + 5
。请问,这个表达式应该何时求值?
一种意见是"传值调用"(call by value),即在进入函数体之前,就计算x + 5
的值(等于6),再将这个值传入函数f 。C语言就采用这种策略。
f(x + 5)// 传值调用时,等同于f(6)
另一种意见是"传名调用"(call by name),即直接将表达式x + 5
传入函数体,只在用到它的时候求值。Haskell语言采用这种策略。
f(x + 5)// 传名调用时,等同于(x + 5) * 2
传值调用和传名调用,哪一种比较好?回答是各有利弊。传值调用比较简单,但是对参数求值的时候,实际上还没用到这个参数,有可能造成性能损失。
function f(a, b){ return b;}f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);
上面代码中,函数f的第一个参数是一个复杂的表达式,但是函数体内根本没用到。对这个参数求值,实际上是不必要的。因此,有一些计算机学家倾向于"传名调用",即只在执行时求值。
Thunk函数的含义编译器的"传名调用"实现,往往是将参数放到一个临时函数之中,再将这个临时函数传入函数体。这个临时函数就叫做Thunk函数。
function f(m){ return m * 2;}f(x + 5);// 等同于var thunk=function () { return x + 5;};function f(thunk){ return thunk() * 2;}
上面代码中,函数f的参数x + 5
被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方,对Thunk
函数求值即可。
这就是Thunk函数的定义,它是"传名调用"的一种实现策略,用来替换某个表达式。
JavaScript语言的Thunk函数JavaScript语言是传值调用,它的Thunk函数含义有所不同。在JavaScript语言中,Thunk函数替换的不是表达式,而是多参数函数,将其替换成单参数的版本,且只接受回调函数作为参数。
// 正常版本的readFile(多参数版本)fs.readFile(fileName, callback);// Thunk版本的readFile(单参数版本)var readFileThunk=Thunk(fileName);readFileThunk(callback);var Thunk=function (fileName){ return function (callback){ return fs.readFile(fileName, callback); };};
上面代码中,fs模块的readFile方法是一个多参数函数,两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理,它变成了一个单参数函数,只接受回调函数作为参数。这个单参数版本,就叫做Thunk函数。
任何函数,只要参数有回调函数,就能写成Thunk函数的形式。下面是一个简单的Thunk函数转换器。
// ES5版本var Thunk=function(fn){ return function (){ var args=Array.prototype.slice.call(arguments); return function (callback){ args.push(callback); return fn.apply(this, args); } };};// ES6版本var Thunk=function(fn) { return function (...args) { return function (callback) { return fn.call(this, ...args, callback); } };};
使用上面的转换器,生成fs.readFile
的Thunk函数。
var readFileThunk=Thunk(fs.readFile);readFileThunk(fileA)(callback);
下面是另一个完整的例子。
function f(a, cb) { cb(a);}let ft=Thunk(f);let log=console.log.bind(console);ft(1)(log) // 1
Thunkify模块生产环境的转换器,建议使用Thunkify模块。
首先是安装。
$ npm install thunkify
使用方式如下。
var thunkify=require('thunkify');var fs=require('fs');var read=thunkify(fs.readFile);read('package.json')(function(err, str){ // ...});
Thunkify的源码与上一节那个简单的转换器非常像。
function thunkify(fn){ return function(){ var args=new Array(arguments.length); var ctx=this; for(var i=0; i < args.length; ++i) { args[i]=arguments[i]; } return function(done){ var called; args.push(function(){ if (called) return; called=true; done.apply(null, arguments); }); try { fn.apply(ctx, args); } catch (err) { done(err); } } }};
它的源码主要多了一个检查机制,变量called
确保回调函数只运行一次。这样的设计与下文的Generator函数相关。请看下面的例子。
function f(a, b, callback){ var sum=a + b; callback(sum); callback(sum);}var ft=thunkify(f);var print=console.log.bind(console);ft(1, 2)(print);// 3
上面代码中,由于thunkify
只允许回调函数执行一次,所以只输出一行结果。
你可能会问, Thunk函数有什么用?回答是以前确实没什么用,但是ES6有了Generator函数,Thunk函数现在可以用于Generator函数的自动流程管理。
Generator函数可以自动执行。
function* gen() { // ...}var g=gen();var res=g.next();while(!res.done){ console.log(res.value); res=g.next();}
上面代码中,Generator函数gen
会自动执行完所有步骤。
但是,这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完,才能执行后一步,上面的自动执行就不可行。这时,Thunk函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的Generator函数封装了两个异步操作。
var fs=require('fs');var thunkify=require('thunkify');var readFile=thunkify(fs.readFile);var gen=function* (){ var r1=yield readFile('/etc/fstab'); console.log(r1.toString()); var r2=yield readFile('/etc/shells'); console.log(r2.toString());};
上面代码中,yield命令用于将程序的执行权移出Generator函数,那么就需要一种方法,将执行权再交还给Generator函数。
这种方法就是Thunk函数,因为它可以在回调函数里,将执行权交还给Generator函数。为了便于理解,我们先看如何手动执行上面这个Generator函数。
var g=gen();var r1=g.next();r1.value(function(err, data){ if (err) throw err; var r2=g.next(data); r2.value(function(err, data){ if (err) throw err; g.next(data); });});
上面代码中,变量g是Generator函数的内部指针,表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步,并返回该步的信息(value属性和done属性)。
仔细查看上面的代码,可以发现Generator函数的执行过程,其实是将同一个回调函数,反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。
Thunk函数的自动流程管理Thunk函数真正的威力,在于可以自动执行Generator函数。下面就是一个基于Thunk函数的Generator执行器。
function run(fn) { var gen=fn(); function next(err, data) { var result=gen.next(data); if (result.done) return; result.value(next); } next();}function* g() { // ...}run(g);
上面代码的run
函数,就是一个Generator函数的自动执行器。内部的next
函数就是Thunk的回调函数。next
函数先将指针移到Generator函数的下一步(gen.next
方法),然后判断Generator函数是否结束(result.done
属性),如果没结束,就将next
函数再传入Thunk函数(result.value
属性),否则就直接退出。
有了这个执行器,执行Generator函数方便多了。不管内部有多少个异步操作,直接把Generator函数传入run
函数即可。当然,前提是每一个异步操作,都要是Thunk函数,也就是说,跟在yield
命令后面的必须是Thunk函数。
var g=function* (){ var f1=yield readFile('fileA'); var f2=yield readFile('fileB'); // ... var fn=yield readFile('fileN');};run(g);
上面代码中,函数g
封装了n
个异步的读取文件操作,只要执行run
函数,这些操作就会自动完成。这样一来,异步操作不仅可以写得像同步操作,而且一行代码就可以执行。
Thunk函数并不是Generator函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是,必须有一种机制,自动控制Generator函数的流程,接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点,Promise 对象也可以做到这一点。
co模块基本用法co模块是著名程序员TJ Holowaychuk于2013年6月发布的一个小工具,用于Generator函数的自动执行。
比如,有一个Generator函数,用于依次读取两个文件。
var gen=function* (){ var f1=yield readFile('/etc/fstab'); var f2=yield readFile('/etc/shells'); console.log(f1.toString()); console.log(f2.toString());};
co模块可以让你不用编写Generator函数的执行器。
var co=require('co');co(gen);
上面代码中,Generator函数只要传入co函数,就会自动执行。
co函数返回一个Promise对象,因此可以用then方法添加回调函数。
co(gen).then(function (){ console.log('Generator 函数执行完成');});
上面代码中,等到Generator函数执行结束,就会输出一行提示。
co模块的原理为什么co可以自动执行Generator函数?
前面说过,Generator就是一个异步操作的容器。它的自动执行需要一种机制,当异步操作有了结果,能够自动交回执行权。
两种方法可以做到这一点。
(1)回调函数。将异步操作包装成Thunk函数,在回调函数里面交回执行权。
(2)Promise 对象。将异步操作包装成Promise对象,用then方法交回执行权。
co模块其实就是将两种自动执行器(Thunk函数和Promise对象),包装成一个模块。使用co的前提条件是,Generator函数的yield命令后面,只能是Thunk函数或Promise对象。
上一节已经介绍了基于Thunk函数的自动执行器。下面来看,基于Promise对象的自动执行器。这是理解co模块必须的。
基于Promise对象的自动执行还是沿用上面的例子。首先,把fs模块的readFile方法包装成一个Promise对象。
var fs=require('fs');var readFile=function (fileName){ return new Promise(function (resolve, reject){ fs.readFile(fileName, function(error, data){ if (error) return reject(error); resolve(data); }); });};var gen=function* (){ var f1=yield readFile('/etc/fstab'); var f2=yield readFile('/etc/shells'); console.log(f1.toString()); console.log(f2.toString());};
然后,手动执行上面的Generator函数。
var g=gen();g.next().value.then(function(data){ g.next(data).value.then(function(data){ g.next(data); });});
手动执行其实就是用then方法,层层添加回调函数。理解了这一点,就可以写出一个自动执行器。
function run(gen){ var g=gen(); function next(data){ var result=g.next(data); if (result.done) return result.value; result.value.then(function(data){ next(data); }); } next();}run(gen);
上面代码中,只要Generator函数还没执行到最后一步,next函数就调用自身,以此实现自动执行。
co模块的源码co就是上面那个自动执行器的扩展,它的源码只有几十行,非常简单。
首先,co函数接受Generator函数作为参数,返回一个 Promise 对象。
function co(gen) { var ctx=this; return new Promise(function(resolve, reject) { });}
在返回的Promise对象里面,co先检查参数gen是否为Generator函数。如果是,就执行该函数,得到一个内部指针对象;如果不是就返回,并将Promise对象的状态改为resolved。
function co(gen) { var ctx=this; return new Promise(function(resolve, reject) { if (typeof gen==='function') gen=gen.call(ctx); if (!gen || typeof gen.next !=='function') return resolve(gen); });}
接着,co将Generator函数的内部指针对象的next方法,包装成onFulfilled函数。这主要是为了能够捕捉抛出的错误。
function co(gen) { var ctx=this; return new Promise(function(resolve, reject) { if (typeof gen==='function') gen=gen.call(ctx); if (!gen || typeof gen.next !=='function') return resolve(gen); onFulfilled(); function onFulfilled(res) { var ret; try { ret=gen.next(res); } catch (e) { return reject(e); } next(ret); } });}
最后,就是关键的next函数,它会反复调用自身。
function next(ret) { if (ret.done) return resolve(ret.value); var value=toPromise.call(ctx, ret.value); if (value && isPromise(value)) return value.then(onFulfilled, onRejected); return onRejected(new TypeError('You may only yield a function, promise, generator, array, or object, ' + 'but the following object was passed: "' + String(ret.value) + '"'));}
上面代码中,next 函数的内部代码,一共只有四行命令。
第一行,检查当前是否为 Generator 函数的最后一步,如果是就返回。
第二行,确保每一步的返回值,是 Promise 对象。
第三行,使用 then 方法,为返回值加上回调函数,然后通过 onFulfilled 函数再次调用 next 函数。
第四行,在参数不符合要求的情况下(参数非 Thunk 函数和 Promise 对象),将 Promise 对象的状态改为 rejected,从而终止执行。
处理并发的异步操作co支持并发的异步操作,即允许某些操作同时进行,等到它们全部完成,才进行下一步。
这时,要把并发的操作都放在数组或对象里面,跟在yield语句后面。
// 数组的写法co(function* () { var res=yield [ Promise.resolve(1), Promise.resolve(2) ]; console.log(res);}).catch(onerror);// 对象的写法co(function* () { var res=yield { 1: Promise.resolve(1), 2: Promise.resolve(2), }; console.log(res);}).catch(onerror);
下面是另一个例子。
co(function* () { var values=[n1, n2, n3]; yield values.map(somethingAsync);});function* somethingAsync(x) { // do something async return y}
上面的代码允许并发三个somethingAsync
异步操作,等到它们全部完成,才会进行下一步。
ES7提供了async
函数,使得异步操作变得更加方便。async
函数是什么?一句话,async
函数就是Generator函数的语法糖。
前文有一个Generator函数,依次读取两个文件。
var fs=require('fs');var readFile=function (fileName) { return new Promise(function (resolve, reject) { fs.readFile(fileName, function(error, data) { if (error) reject(error); resolve(data); }); });};var gen=function* (){ var f1=yield readFile('/etc/fstab'); var f2=yield readFile('/etc/shells'); console.log(f1.toString()); console.log(f2.toString());};
写成async
函数,就是下面这样。
var asyncReadFile=async function (){ var f1=await readFile('/etc/fstab'); var f2=await readFile('/etc/shells'); console.log(f1.toString()); console.log(f2.toString());};
一比较就会发现,async
函数就是将Generator函数的星号(*
)替换成async
,将yield
替换成await
,仅此而已。
async
函数对 Generator 函数的改进,体现在以下四点。
(1)内置执行器。Generator函数的执行必须靠执行器,所以才有了co
模块,而async
函数自带执行器。也就是说,async
函数的执行,与普通函数一模一样,只要一行。
var result=asyncReadFile();
上面的代码调用了asyncReadFile
函数,然后它就会自动执行,输出最后结果。这完全不像Generator函数,需要调用next
方法,或者用co
模块,才能得到真正执行,得到最后结果。
(2)更好的语义。async
和await
,比起星号和yield
,语义更清楚了。async
表示函数里有异步操作,await
表示紧跟在后面的表达式需要等待结果。
(3)更广的适用性。 co
模块约定,yield
命令后面只能是Thunk函数或Promise对象,而async
函数的await
命令后面,可以是Promise对象和原始类型的值(数值、字符串和布尔值,但这时等同于同步操作)。
(4)返回值是Promise。async
函数的返回值是Promise对象,这比Generator函数的返回值是Iterator对象方便多了。你可以用then
方法指定下一步的操作。
进一步说,async
函数完全可以看作多个异步操作,包装成的一个Promise对象,而await
命令就是内部then
命令的语法糖。
async
函数的语法规则总体上比较简单,难点是错误处理机制。
(1)async
函数返回一个Promise对象。
async
函数内部return
语句返回的值,会成为then
方法回调函数的参数。
async function f() { return 'hello world';}f().then(v=> console.log(v))// "hello world"
上面代码中,函数f
内部return
命令返回的值,会被then
方法回调函数接收到。
async
函数内部抛出错误,会导致返回的Promise对象变为reject
状态。抛出的错误对象会被catch
方法回调函数接收到。
async function f() { throw new Error('出错了');}f().then( v=> console.log(v), e=> console.log(e))// Error: 出错了
(2)async
函数返回的Promise对象,必须等到内部所有await
命令的Promise对象执行完,才会发生状态改变。也就是说,只有async
函数内部的异步操作执行完,才会执行then
方法指定的回调函数。
下面是一个例子。
async function getTitle(url) { let response=await fetch(url); let html=await response.text(); return html.match(/<title>([\s\S]+)<\/title>/i)[1];}getTitle('https://tc39.github.io/ecma262/').then(console.log)// "ECMAScript 2017 Language Specification"
(3)正常情况下,await
命令后面是一个Promise对象。如果不是,会被转成一个立即resolve
的Promise对象。
async function f() { return await 123;}f().then(v=> console.log(v))// 123
上面代码中,await
命令的参数是数值123
,它被转成Promise对象,并立即resolve
。
await
命令后面的Promise对象如果变为reject
状态,则reject
的参数会被catch
方法的回调函数接收到。
async function f() { await Promise.reject('出错了');}f().then(v=> console.log(v)).catch(e=> console.log(e))// 出错了
注意,上面代码中,await
语句前面没有return
,但是reject
方法的参数依然传入了catch
方法的回调函数。这里如果在await
前面加上return
,效果是一样的。
只要一个await
语句后面的Promise变为reject
,那么整个async
函数都会中断执行。
async function f() { await Promise.reject('出错了'); await Promise.resolve('hello world'); // 不会执行}
上面代码中,第二个await
语句是不会执行的,因为第一个await
语句状态变成了reject
。
为了避免这个问题,可以将第一个await
放在try...catch
结构里面,这样第二个await
就会执行。
async function f() { try { await Promise.reject('出错了'); } catch(e) { } return await Promise.resolve('hello world');}f().then(v=> console.log(v))// hello world
另一种方法是await
后面的Promise对象再跟一个catch
方面,处理前面可能出现的错误。
async function f() { await Promise.reject('出错了') .catch(e=> console.log(e)); return await Promise.resolve('hello world');}f().then(v=> console.log(v))// 出错了// hello world
如果有多个await
命令,可以统一放在try...catch
结构中。
async function main() { try { var val1=await firstStep(); var val2=await secondStep(val1); var val3=await thirdStep(val1, val2); console.log('Final: ', val3); } catch (err) { console.error(err); }}
(4)如果await
后面的异步操作出错,那么等同于async
函数返回的Promise对象被reject
。
async function f() { await new Promise(function (resolve, reject) { throw new Error('出错了'); });}f().then(v=> console.log(v)).catch(e=> console.log(e))// Error:出错了
上面代码中,async
函数f
执行后,await
后面的Promise对象会抛出一个错误对象,导致catch
方法的回调函数被调用,它的参数就是抛出的错误对象。具体的执行机制,可以参考后文的“async函数的实现”。
防止出错的方法,也是将其放在try...catch
代码块之中。
async function f() { try { await new Promise(function (resolve, reject) { throw new Error('出错了'); }); } catch(e) { } return await('hello world');}
async函数的实现async 函数的实现,就是将 Generator 函数和自动执行器,包装在一个函数里。
async function fn(args){ // ...}// 等同于function fn(args){ return spawn(function*() { // ... });}
所有的async
函数都可以写成上面的第二种形式,其中的 spawn 函数就是自动执行器。
下面给出spawn
函数的实现,基本就是前文自动执行器的翻版。
function spawn(genF) { return new Promise(function(resolve, reject) { var gen=genF(); function step(nextF) { try { var next=nextF(); } catch(e) { return reject(e); } if(next.done) { return resolve(next.value); } Promise.resolve(next.value).then(function(v) { step(function() { return gen.next(v); }); }, function(e) { step(function() { return gen.throw(e); }); }); } step(function() { return gen.next(undefined); }); });}
async
函数是非常新的语法功能,新到都不属于 ES6,而是属于 ES7。目前,它仍处于提案阶段,但是转码器Babel
和regenerator
都已经支持,转码后就能使用。
async
函数返回一个Promise对象,可以使用then
方法添加回调函数。当函数执行的时候,一旦遇到await
就会先返回,等到触发的异步操作完成,再接着执行函数体内后面的语句。
下面是一个例子。
async function getStockPriceByName(name) { var symbol=await getStockSymbol(name); var stockPrice=await getStockPrice(symbol); return stockPrice;}getStockPriceByName('goog').then(function (result) { console.log(result);});
上面代码是一个获取股票报价的函数,函数前面的async
关键字,表明该函数内部有异步操作。调用该函数时,会立即返回一个Promise
对象。
下面的例子,指定多少毫秒后输出一个值。
function timeout(ms) { return new Promise((resolve)=> { setTimeout(resolve, ms); });}async function asyncPrint(value, ms) { await timeout(ms); console.log(value)}asyncPrint('hello world', 50);
上面代码指定50毫秒以后,输出"hello world"。
Async函数有多种使用形式。
// 函数声明async function foo() {}// 函数表达式const foo=async function () {};// 对象的方法let obj={ async foo() {} };obj.foo().then(...)// Class 的方法class Storage { constructor() { this.cachePromise=caches.open('avatars'); } async getAvatar(name) { const cache=await this.cachePromise; return cache.match(`/avatars/${name}.jpg`); }}const storage=new Storage();storage.getAvatar('jake').then(…);// 箭头函数const foo=async ()=> {};
注意点第一点,await
命令后面的Promise
对象,运行结果可能是rejected
,所以最好把await
命令放在try...catch
代码块中。
async function myFunction() { try { await somethingThatReturnsAPromise(); } catch (err) { console.log(err); }}// 另一种写法async function myFunction() { await somethingThatReturnsAPromise() .catch(function (err) { console.log(err); };}
第二点,多个await
命令后面的异步操作,如果不存在继发关系,最好让它们同时触发。
let foo=await getFoo();let bar=await getBar();
上面代码中,getFoo
和getBar
是两个独立的异步操作(即互不依赖),被写成继发关系。这样比较耗时,因为只有getFoo
完成以后,才会执行getBar
,完全可以让它们同时触发。
// 写法一let [foo, bar]=await Promise.all([getFoo(), getBar()]);// 写法二let fooPromise=getFoo();let barPromise=getBar();let foo=await fooPromise;let bar=await barPromise;
上面两种写法,getFoo
和getBar
都是同时触发,这样就会缩短程序的执行时间。
第三点,await
命令只能用在async
函数之中,如果用在普通函数,就会报错。
async function dbFuc(db) { let docs=[{}, {}, {}]; // 报错 docs.forEach(function (doc) { await db.post(doc); });}
上面代码会报错,因为await用在普通函数之中了。但是,如果将forEach
方法的参数改成async
函数,也有问题。
async function dbFuc(db) { let docs=[{}, {}, {}]; // 可能得到错误结果 docs.forEach(async function (doc) { await db.post(doc); });}
上面代码可能不会正常工作,原因是这时三个db.post
操作将是并发执行,也就是同时执行,而不是继发执行。正确的写法是采用for
循环。
async function dbFuc(db) { let docs=[{}, {}, {}]; for (let doc of docs) { await db.post(doc); }}
如果确实希望多个请求并发执行,可以使用Promise.all
方法。
async function dbFuc(db) { let docs=[{}, {}, {}]; let promises=docs.map((doc)=> db.post(doc)); let results=await Promise.all(promises); console.log(results);}// 或者使用下面的写法async function dbFuc(db) { let docs=[{}, {}, {}]; let promises=docs.map((doc)=> db.post(doc)); let results=[]; for (let promise of promises) { results.push(await promise); } console.log(results);}
ES6将await
增加为保留字。使用这个词作为标识符,在ES5是合法的,在ES6将抛出SyntaxError。
我们通过一个例子,来看Async函数与Promise、Generator函数的区别。
假定某个DOM元素上面,部署了一系列的动画,前一个动画结束,才能开始后一个。如果当中有一个动画出错,就不再往下执行,返回上一个成功执行的动画的返回值。
首先是Promise的写法。
function chainAnimationsPromise(elem, animations) { // 变量ret用来保存上一个动画的返回值 var ret=null; // 新建一个空的Promise var p=Promise.resolve(); // 使用then方法,添加所有动画 for(var anim of animations) { p=p.then(function(val) { ret=val; return anim(elem); }); } // 返回一个部署了错误捕捉机制的Promise return p.catch(function(e) { /* 忽略错误,继续执行 */ }).then(function() { return ret; });}
虽然Promise的写法比回调函数的写法大大改进,但是一眼看上去,代码完全都是Promise的API(then、catch等等),操作本身的语义反而不容易看出来。
接着是Generator函数的写法。
function chainAnimationsGenerator(elem, animations) { return spawn(function*() { var ret=null; try { for(var anim of animations) { ret=yield anim(elem); } } catch(e) { /* 忽略错误,继续执行 */ } return ret; });}
上面代码使用Generator函数遍历了每个动画,语义比Promise写法更清晰,用户定义的操作全部都出现在spawn函数的内部。这个写法的问题在于,必须有一个任务运行器,自动执行Generator函数,上面代码的spawn函数就是自动执行器,它返回一个Promise对象,而且必须保证yield语句后面的表达式,必须返回一个Promise。
最后是Async函数的写法。
async function chainAnimationsAsync(elem, animations) { var ret=null; try { for(var anim of animations) { ret=await anim(elem); } } catch(e) { /* 忽略错误,继续执行 */ } return ret;}
可以看到Async函数的实现最简洁,最符合语义,几乎没有语义不相关的代码。它将Generator写法中的自动执行器,改在语言层面提供,不暴露给用户,因此代码量最少。如果使用Generator写法,自动执行器需要用户自己提供。
实例:按顺序完成异步操作实际开发中,经常遇到一组异步操作,需要按照顺序完成。比如,依次远程读取一组URL,然后按照读取的顺序输出结果。
Promise 的写法如下。
function logInOrder(urls) { // 远程读取所有URL const textPromises=urls.map(url=> { return fetch(url).then(response=> response.text()); }); // 按次序输出 textPromises.reduce((chain, textPromise)=> { return chain.then(()=> textPromise) .then(text=> console.log(text)); }, Promise.resolve());}
上面代码使用fetch
方法,同时远程读取一组URL。每个fetch
操作都返回一个Promise
对象,放入textPromises
数组。然后,reduce
方法依次处理每个Promise
对象,然后使用then
,将所有Promise
对象连起来,因此就可以依次输出结果。
这种写法不太直观,可读性比较差。下面是async
函数实现。
async function logInOrder(urls) { for (const url of urls) { const response=await fetch(url); console.log(await response.text()); }}
上面代码确实大大简化,问题是所有远程操作都是继发。只有前一个URL返回结果,才会去读取下一个URL,这样做效率很差,非常浪费时间。我们需要的是并发发出远程请求。
async function logInOrder(urls) { // 并发读取远程URL const textPromises=urls.map(async url=> { const response=await fetch(url); return response.text(); }); // 按次序输出 for (const textPromise of textPromises) { console.log(await textPromise); }}
上面代码中,虽然map
方法的参数是async
函数,但它是并发执行的,因为只有async
函数内部是继发执行,外部不受影响。后面的for..of
循环内部使用了await
,因此实现了按顺序输出。
《遍历器》一章说过,Iterator接口是一种数据遍历的协议,只要调用遍历器对象的next
方法,就会得到一个表示当前成员信息的对象{value, done}
。其中,value
表示当前的数据的值,done
是一个布尔值,表示遍历是否结束。
这隐含着规定,next
方法是同步的,只要调用就必须立刻返回值。也就是说,一旦执行next
方法,就必须同步地得到value
和done
这两方面的信息。这对于同步操作,当然没有问题,但对于异步操作,就不太合适了。目前的解决方法是,Generator函数里面的异步操作,返回一个Thunk函数或者Promise对象,即value
属性是一个Thunk函数或者Promise对象,等待以后返回真正的值,而done
属性则还是同步产生的。
目前,有一个提案,为异步操作提供原生的遍历器接口,即value
和done
这两个属性都是异步产生,这称为”异步遍历器“(Async Iterator)。
异步遍历器的最大的语法特点,就是调用遍历器的next
方法,返回的是一个Promise对象。
asyncIterator .next() .then( ({ value, done })=> /* ... */ );
上面代码中,asyncIterator
是一个异步遍历器,调用next
方法以后,返回一个Promise对象。因此,可以使用then
方法指定,这个Promise对象的状态变为resolve
以后的回调函数。回调函数的参数,则是一个具有value
和done
两个属性的对象,这个跟同步遍历器是一样的。
我们知道,一个对象的同步遍历器的接口,部署在Symbol.iterator
属性上面。同样地,对象的异步遍历器接口,部署在Symbol.asyncIterator
属性上面。不管是什么样的对象,只要它的Symbol.asyncIterator
属性有值,就表示应该对它进行异步遍历。
下面是一个异步遍历器的例子。
const asyncIterable=createAsyncIterable(['a', 'b']);const asyncIterator=someCollection[Symbol.asyncIterator]();asyncIterator.next().then(iterResult1=> { console.log(iterResult1); // { value: 'a', done: false } return asyncIterator.next();}).then(iterResult2=> { console.log(iterResult2); // { value: 'b', done: false } return asyncIterator.next();}).then(iterResult3=> { console.log(iterResult3); // { value: undefined, done: true }});
上面代码中,异步遍历器其实返回了两次值。第一次调用的时候,返回一个Promise对象;等到Promise对象resolve
了,再返回一个表示当前数据成员信息的对象。这就是说,异步遍历器与同步遍历器最终行为是一致的,只是会先返回Promise对象,作为中介。
由于异步遍历器的next
方法,返回的是一个Promise对象。因此,可以把它放在await
命令后面。
async function f() { const asyncIterable=createAsyncIterable(['a', 'b']); const asyncIterator=asyncIterable[Symbol.asyncIterator](); console.log(await asyncIterator.next()); // { value: 'a', done: false } console.log(await asyncIterator.next()); // { value: 'b', done: false } console.log(await asyncIterator.next()); // { value: undefined, done: true }}
上面代码中,next
方法用await
处理以后,就不必使用then
方法了。整个流程已经很接近同步处理了。
注意,异步遍历器的next
方法是可以连续调用的,不必等到上一步产生的Promise对象resolve
以后再调用。这种情况下,next
方法会累积起来,自动按照每一步的顺序运行下去。下面是一个例子,把所有的next
方法放在Promise.all
方法里面。
const asyncGenObj=createAsyncIterable(['a', 'b']);const [{value: v1}, {value: v2}]=await Promise.all([ asyncGenObj.next(), asyncGenObj.next()]);console.log(v1, v2); // a b
另一种用法是一次性调用所有的next
方法,然后await
最后一步操作。
const writer=openFile('someFile.txt');writer.next('hello');writer.next('world');await writer.return();
for await...of前面介绍过,for...of
循环用于遍历同步的Iterator接口。新引入的for await...of
循环,则是用于遍历异步的Iterator接口。
async function f() { for await (const x of createAsyncIterable(['a', 'b'])) { console.log(x); }}// a// b
上面代码中,createAsyncIterable()
返回一个异步遍历器,for...of
循环自动调用这个遍历器的next
方法,会得到一个Promise对象。await
用来处理这个Promise对象,一旦resolve
,就把得到的值(x
)传入for...of
的循环体。
如果next
方法返回的Promise对象被reject
,那么就要用try...catch
捕捉。
async function () { try { for await (const x of createRejectingIterable()) { console.log(x); } } catch (e) { console.error(e); }}
注意,for await...of
循环也可以用于同步遍历器。
(async function () { for await (const x of ['a', 'b']) { console.log(x); }})();// a// b
异步Generator函数就像Generator函数返回一个同步遍历器对象一样,异步Generator函数的作用,是返回一个异步遍历器对象。
在语法上,异步Generator函数就是async
函数与Generator函数的结合。
async function* readLines(path) { let file=await fileOpen(path); try { while (!file.EOF) { yield await file.readLine(); } } finally { await file.close(); }}
上面代码中,异步操作前面使用await
关键字标明,即await
后面的操作,应该返回Promise对象。凡是使用yield
关键字的地方,就是next
方法的停下来的地方,它后面的表达式的值(即await file.readLine()
的值),会作为next()
返回对象的value
属性,这一点是于同步Generator函数一致的。
可以像下面这样,使用上面代码定义的异步Generator函数。
for await (const line of readLines(filePath)) { console.log(line);}
异步Generator函数可以与for await...of
循环结合起来使用。
async function* prefixLines(asyncIterable) { for await (const line of asyncIterable) { yield '> ' + line; }}
yield
命令依然是立刻返回的,但是返回的是一个Promise对象。
async function* asyncGenerator() { console.log('Start'); const result=await doSomethingAsync(); // (A) yield 'Result: '+ result; // (B) console.log('Done');}
上面代码中,调用next
方法以后,会在B
处暂停执行,yield
命令立刻返回一个Promise对象。这个Promise对象不同于A
处await
命令后面的那个Promise对象。主要有两点不同,一是A
处的Promise对象resolve
以后产生的值,会放入result
变量;二是B
处的Promise对象resolve
以后产生的值,是表达式'Result: ' + result
的值;二是A
处的Promise对象一定先于B
处的Promise对象resolve
。
如果异步Generator函数抛出错误,会被Promise对象reject
,然后抛出的错误被catch
方法捕获。
async function* asyncGenerator() { throw new Error('Problem!');}asyncGenerator().next().catch(err=> console.log(err)); // Error: Problem!
注意,普通的async
函数返回的是一个Promise对象,而异步Generator函数返回的是一个异步Iterator对象。基本上,可以这样理解,async
函数和异步Generator函数,是封装异步操作的两种方法,都用来达到同一种目的。区别在于,前者自带执行器,后者通过for await...of
执行,或者自己编写执行器。下面就是一个异步Generator函数的执行器。
async function takeAsync(asyncIterable, count=Infinity) { const result=[]; const iterator=asyncIterable[Symbol.asyncIterator](); while (result.length < count) { const {value,done}=await iterator.next(); if (done) break; result.push(value); } return result;}
上面代码中,异步Generator函数产生的异步遍历器,会通过while
循环自动执行,每当await iterator.next()
完成,就会进入下一轮循环。
下面是这个自动执行器的一个使用实例。
async function f() { async function* gen() { yield 'a'; yield 'b'; yield 'c'; } return await takeAsync(gen());}f().then(function (result) { console.log(result); // ['a', 'b', 'c']})
异步Generator函数出现以后,JavaScript就有了四种函数形式:普通函数、async
函数、Generator函数和异步Generator函数。请注意区分每种函数的不同之处。
最后,同步的数据结构,也可以使用异步Generator函数。
async function* createAsyncIterable(syncIterable) { for (const elem of syncIterable) { yield elem; }}
上面代码中,由于没有异步操作,所以也就没有使用await
关键字。
yield*
语句也可以跟一个异步遍历器。
async function* gen1() { yield 'a'; yield 'b'; return 2;}async function* gen2() { const result=yield* gen1();}
上面代码中,gen2
函数里面的result
变量,最后的值是2
。
与同步Generator函数一样,for await...of
循环会展开yield*
。
(async function () { for await (const x of gen2()) { console.log(x); }})();// a// b
异步操作和Async函数--转自:阮一峰《ECMAScript 6 入门》
问题描述
在进行业务开发的过程中,使用了数组的高级函数 map ,同时使用了ES6语法 async/await,发现在 map 循环下执行结果是异步执行,并不符合预期
例子说明
/** * 异步打印数据 */const echo=async (i)=> { return new Promise((resolve,reject)=>{ setTimeout(()=> { console.log('i===>', i,new Date().toLocaleTimeString()); resolve(i) ; }, 100); })}/** * 模拟异步任务 */const task=async ()=> { dataArr.forEach( async( item, i )=> { await echo(i); })}/** * 启动函数入口 */const run=async ()=> { console.log('run-start====>date:', new Date().toLocaleDateString()) await task() ; console.log('run-end======>date:', new Date().toLocaleDateString())}/*** 启动函数*/(async ()=> { console.log('start...') await run(); console.log('end...')})()//预期效果start...run-start====>date: 2019-2-16i===> 0 23:19:04i===> 1 23:19:04i===> 2 23:19:04i===> 3 23:19:04run-end======>date: 2019-2-16end...//打印结果start...run-start====>date: 2019-2-16run-end======>date: 2019-2-16end...i===> 0 23:19:04i===> 1 23:19:04i===> 2 23:19:04i===> 3 23:19:04
从上面的例子可以看出,在 map 循环下使用 await 后,task任务仍然是异步任务,并不符合预期。原因是Array的map、forEach等函数 不会等到所有的步骤都完成,它只会执行任务和执行下一步,可以理解为 async/await 的效果是无效的
解决方案
使用最原始的for循环for...of将上述的模拟异步任务修改为
for (var i=0; i < dataArr.length; i++) { await echo(i) } 或 for (const i of dataArr) { await echo(i) }
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