ES2017中的async函數

前面的話

　　ES2017標准引入了 async 函數，使得異步操作變得更加方便。本文將詳細介紹async函數

 

概述

　　async 函數是 Generator 函數的語法糖

　　使用Generator 函數，依次讀取兩個文件代碼如下

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());
};

　　寫成async函數，就是下面這樣

var asyncReadFile = async function () {
  var f1 = await readFile('/etc/fstab');
  var f2 = await readFile('/etc/shells');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};

　　async函數就是將 Generator 函數的星號（*）替換成async，將yield替換成await，僅此而已

　　async函數對 Generator 函數的改進，體現在以下四點

　　1、內置執行器

　　Generator 函數的執行必須靠執行器，所以才有了co模塊，而async函數自帶執行器。也就是說，async函數的執行，與普通函數一模一樣，只要一行

var result = asyncReadFile();

　　上面的代碼調用了asyncReadFile函數，然后它就會自動執行，輸出最后結果。這完全不像 Generator 函數，需要調用next方法，或者用co模塊，才能真正執行，得到最后結果

　　2、更好的語義

　　async和await，比起星號和yield，語義更清楚了。async表示函數里有異步操作，await表示緊跟在后面的表達式需要等待結果

　　3、更廣的適用性

　　co模塊約定，yield命令后面只能是 Thunk 函數或 Promise 對象，而async函數的await命令后面，可以是Promise 對象和原始類型的值（數值、字符串和布爾值，但這時等同於同步操作）

　　4、返回值是 Promise

　　async函數的返回值是 Promise 對象，這比 Generator 函數的返回值是 Iterator 對象方便多了。可以用then方法指定下一步的操作。

　　進一步說，async函數完全可以看作多個異步操作，包裝成的一個 Promise 對象，而await命令就是內部then命令的語法糖

 

基本用法

　　async函數返回一個 Promise 對象，可以使用then方法添加回調函數。當函數執行的時候，一旦遇到await就會先返回，等到異步操作完成，再接着執行函數體內后面的語句

async function getStockPriceByName(name) {
  var symbol = await getStockSymbol(name);
  var stockPrice = await getStockPrice(symbol);
  return stockPrice;
}

getStockPriceByName('goog').then(function (result) {
  console.log(result);
});

　　上面代碼是一個獲取股票報價的函數，函數前面的async關鍵字，表明該函數內部有異步操作。調用該函數時，會立即返回一個Promise對象

　　下面是另一個例子，指定多少毫秒后輸出一個值

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);

　　上面代碼指定50毫秒以后，輸出hello world。

　　由於async函數返回的是Promise對象，可以作為await命令的參數。所以，上面例子也可寫成下面形式

async function timeout(ms) {
  await new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, ms);
  });
}

async function asyncPrint(value, ms) {
  await timeout(ms);
  console.log(value);
}

asyncPrint('hello world', 50);

　　async 函數有多種使用形式

// 函數聲明
async function foo() {}

// 函數表達式
const foo = async function () {};

// 對象的方法
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(…);

// 箭頭函數
const foo = async () => {};

 

語法

【返回 Promise 對象】

　　async函數返回一個 Promise 對象

　　async函數內部return語句返回的值，會成為then方法回調函數的參數

async function f() {
  return 'hello world';
}

f().then(v => console.log(v))
// "hello world"

　　上面代碼中，函數f內部return命令返回的值，會被then方法回調函數接收到

　　async函數內部拋出錯誤，會導致返回的 Promise 對象變為reject狀態。拋出的錯誤對象會被catch方法回調函數接收到

async function f() {
  throw new Error('出錯了');
}

f().then(
  v => console.log(v),
  e => console.log(e)
)
// Error: 出錯了

【Promise 對象的狀態變化】

　　async函數返回的 Promise 對象，必須等到內部所有await命令后面的 Promise 對象執行完，才會發生狀態改變，除非遇到return語句或者拋出錯誤。也就是說，只有async函數內部的異步操作執行完，才會執行then方法指定的回調函數

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 2018 Language Specification"

　　上面代碼中，函數getTitle內部有三個操作：抓取網頁、取出文本、匹配頁面標題。只有這三個操作全部完成，才會執行then方法里面的console.log

【await命令】

　　正常情況下，await命令后面是一個 Promise 對象。如果不是，會被轉成一個立即resolve的 Promise 對象

async function f() {
  return await 123;
}

f().then(v => console.log(v)) // 123

　　上面代碼中，await命令的參數是數值123，它被轉成 Promise 對象，並立即resolve。

　　await命令后面的 Promise 對象如果變為reject狀態，則reject的參數會被catch方法的回調函數接收到

async function f() {
  await Promise.reject('出錯了');
}

f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))// 出錯了

　　上面代碼中，await語句前面沒有return，但是reject方法的參數依然傳入了catch方法的回調函數。這里如果在await前面加上return，效果是一樣的

　　只要一個await語句后面的 Promise 變為reject，那么整個async函數都會中斷執行

async function f() {
  await Promise.reject('出錯了');
  await Promise.resolve('hello world'); // 不會執行
}

　　上面代碼中，第二個await語句是不會執行的，因為第一個await語句狀態變成了reject。

　　有時，希望即使前一個異步操作失敗，也不要中斷后面的異步操作。這時可以將第一個await放在try...catch結構里面，這樣不管這個異步操作是否成功，第二個await都會執行

async function f() {
  try {
    await Promise.reject('出錯了');
  } catch(e) {
  }
  return await Promise.resolve('hello world');
}

f().then(v => console.log(v))// hello world

　　另一種方法是await后面的 Promise 對象再跟一個catch方法，處理前面可能出現的錯誤

async function f() {
  await Promise.reject('出錯了')
    .catch(e => console.log(e));
  return await Promise.resolve('hello world');
}

f()
.then(v => console.log(v))
// 出錯了
// hello world

【錯誤處理】

　　如果await后面的異步操作出錯，那么等同於async函數返回的 Promise 對象被reject

async function f() {
  await new Promise(function (resolve, reject) {
    throw new Error('出錯了');
  });
}

f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))
// Error：出錯了

　　上面代碼中，async函數f執行后，await后面的 Promise 對象會拋出一個錯誤對象，導致catch方法的回調函數被調用，它的參數就是拋出的錯誤對象

　　防止出錯的方法，也是將其放在try...catch代碼塊之中

async function f() {
  try {
    await new Promise(function (resolve, reject) {
      throw new Error('出錯了');
    });
  } catch(e) {
  }
  return await('hello world');
}

　　如果有多個await命令，可以統一放在try...catch結構中

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);
  }
}

　　下面的例子使用try...catch結構，實現多次重復嘗試

const superagent = require('superagent');
const NUM_RETRIES = 3;

async function test() {
  let i;
  for (i = 0; i < NUM_RETRIES; ++i) {
    try {
      await superagent.get('http://google.com/this-throws-an-error');
      break;
    } catch(err) {}
  }
  console.log(i); // 3
}

test();

　　上面代碼中，如果await操作成功，就會使用break語句退出循環；如果失敗，會被catch語句捕捉，然后進入下一輪循環

【注意事項】

　　1、await命令后面的Promise對象，運行結果可能是rejected，所以最好把await命令放在try...catch代碼塊中

async function myFunction() {
  try {
    await somethingThatReturnsAPromise();
  } catch (err) {
    console.log(err);
  }
}

// 另一種寫法

async function myFunction() {
  await somethingThatReturnsAPromise()
  .catch(function (err) {
    console.log(err);
  });
}

　　2、多個await命令后面的異步操作，如果不存在繼發關系，最好讓它們同時觸發

let foo = await getFoo();
let bar = await getBar();

　　上面代碼中，getFoo和getBar是兩個獨立的異步操作（即互不依賴），被寫成繼發關系。這樣比較耗時，因為只有getFoo完成以后，才會執行getBar，完全可以讓它們同時觸發

// 寫法一
let [foo, bar] = await Promise.all([getFoo(), getBar()]);

// 寫法二
let fooPromise = getFoo();
let barPromise = getBar();
let foo = await fooPromise;
let bar = await barPromise;

　　上面兩種寫法，getFoo和getBar都是同時觸發，這樣就會縮短程序的執行時間

　　3、await命令只能用在async函數之中，如果用在普通函數，就會報錯

async function dbFuc(db) {
  let docs = [{}, {}, {}];

  // 報錯
  docs.forEach(function (doc) {
    await db.post(doc);
  });
}

　　上面代碼會報錯，因為await用在普通函數之中了。但是，如果將forEach方法的參數改成async函數，也有問題

function dbFuc(db) { //這里不需要 async
  let docs = [{}, {}, {}];

  // 可能得到錯誤結果
  docs.forEach(async function (doc) {
    await db.post(doc);
  });
}

　　上面代碼可能不會正常工作，原因是這時三個db.post操作將是並發執行，也就是同時執行，而不是繼發執行。正確的寫法是采用for循環

async function dbFuc(db) {
  let docs = [{}, {}, {}];

  for (let doc of docs) {
    await db.post(doc);
  }
}

　　如果確實希望多個請求並發執行，可以使用Promise.all方法。當三個請求都會resolved時，下面兩種寫法效果相同

async function dbFuc(db) {
  let docs = [{}, {}, {}];
  let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));

  let results = await Promise.all(promises);
  console.log(results);
}

// 或者使用下面的寫法

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);
}

 

實現原理

　　async 函數的實現原理，就是將 Generator 函數和自動執行器，包裝在一個函數里

async function fn(args) {
  // ...
}

// 等同於

function fn(args) {
  return spawn(function* () {
    // ...
  });
}

　　所有的async函數都可以寫成上面的第二種形式，其中的spawn函數就是自動執行器。

　　下面給出spawn函數的實現，基本就是前文自動執行器的翻版

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); });
  });
}

 

異步比較

　　通過一個例子，來看 async 函數與 Promise、Generator 函數的比較。

　　假定某個 DOM 元素上面，部署了一系列的動畫，前一個動畫結束，才能開始后一個。如果當中有一個動畫出錯，就不再往下執行，返回上一個成功執行的動畫的返回值

【Promise】

　　首先是 Promise 的寫法

function chainAnimationsPromise(elem, animations) {

  // 變量ret用來保存上一個動畫的返回值
  var ret = null;

  // 新建一個空的Promise
  var p = Promise.resolve();

  // 使用then方法，添加所有動畫
  for(var anim of animations) {
    p = p.then(function(val) {
      ret = val;
      return anim(elem);
    });
  }

  // 返回一個部署了錯誤捕捉機制的Promise
  return p.catch(function(e) {
    /* 忽略錯誤，繼續執行 */
  }).then(function() {
    return ret;
  });

}

　　雖然 Promise 的寫法比回調函數的寫法大大改進，但是一眼看上去，代碼完全都是 Promise 的 API（then、catch等等），操作本身的語義反而不容易看出來

【Generator】

　　接着是 Generator 函數的寫法

function chainAnimationsGenerator(elem, animations) {

  return spawn(function*() {
    var ret = null;
    try {
      for(var anim of animations) {
        ret = yield anim(elem);
      }
    } catch(e) {
      /* 忽略錯誤，繼續執行 */
    }
    return ret;
  });

}

　　上面代碼使用 Generator 函數遍歷了每個動畫，語義比 Promise 寫法更清晰，用戶定義的操作全部都出現在spawn函數的內部。這個寫法的問題在於，必須有一個任務運行器，自動執行 Generator 函數，上面代碼的spawn函數就是自動執行器，它返回一個 Promise 對象，而且必須保證yield語句后面的表達式，必須返回一個 Promise

【async】

　　最后是 async 函數的寫法

async function chainAnimationsAsync(elem, animations) {
  var ret = null;
  try {
    for(var anim of animations) {
      ret = await anim(elem);
    }
  } catch(e) {
    /* 忽略錯誤，繼續執行 */
  }
  return ret;
}

　　可以看到Async函數的實現最簡潔，最符合語義，幾乎沒有語義不相關的代碼。它將Generator寫法中的自動執行器，改在語言層面提供，不暴露給用戶，因此代碼量最少。如果使用Generator寫法，自動執行器需要用戶自己提供

 

實例

　　實際開發中，經常遇到一組異步操作，需要按照順序完成。比如，依次遠程讀取一組 URL，然后按照讀取的順序輸出結果

【Promise】

　　Promise 的寫法如下

function logInOrder(urls) {
  // 遠程讀取所有URL
  const textPromises = urls.map(url => {
    return fetch(url).then(response => response.text());
  });

  // 按次序輸出
  textPromises.reduce((chain, textPromise) => {
    return chain.then(() => textPromise)
      .then(text => console.log(text));
  }, Promise.resolve());
}

　　上面代碼使用fetch方法，同時遠程讀取一組 URL。每個fetch操作都返回一個 Promise 對象，放入textPromises數組。然后，reduce方法依次處理每個 Promise 對象，然后使用then，將所有 Promise 對象連起來，因此就可以依次輸出結果

【async】

　　上面這種寫法不太直觀，可讀性比較差。下面是 async 函數實現

async function logInOrder(urls) {
  for (const url of urls) {
    const response = await fetch(url);
    console.log(await response.text());
  }
}

　　上面代碼確實大大簡化，問題是所有遠程操作都是繼發。只有前一個URL返回結果，才會去讀取下一個URL，這樣做效率很差，非常浪費時間。我們需要的是並發發出遠程請求

async function logInOrder(urls) {
  // 並發讀取遠程URL
  const textPromises = urls.map(async url => {
    const response = await fetch(url);
    return response.text();
  });

  // 按次序輸出
  for (const textPromise of textPromises) {
    console.log(await textPromise);
  }
}

　　上面代碼中，雖然map方法的參數是async函數，但它是並發執行的，因為只有async函數內部是繼發執行，外部不受影響。后面的for..of循環內部使用了await，因此實現了按順序輸出