深入理解async/await - 《Google V8 底层机制和原理》

TOP1
- async 函数是什么？
TOP2
TOP3
- 错误处理
TOP4
- async函数实现原理

在上节课我们学习了 Generator 也体验了一把以同步方式书写异步代码所带来的编码乐趣，但是 Generator 缺少自动执行器。虽然我们可以封装thunk 函数也可以使用第三方的 co 模块来辅助完成所有异步操作的顺序执行。但总归是多了一些额外的复杂度。

今天异步编程的终结者/终极解决方案 async 它来了。

TOP1

async 函数是什么？

一句话，它就是 Generator 函数的语法糖。

什么是语法糖？
简单的说，语法糖就是一种便捷写法。就相当于汉语里的成语。就是说用更简练的言语表达较复杂的含义。在得到广泛接受的情况之下，可以提升交流的效率。

举个例子依次读取两个文件:
Generator 函数

const fs = require('fs');
const readFile = function (fileName) {
  return new Promise(function (resolve, reject) {
    fs.readFile(fileName, function(error, data) {
      if (error) return reject(error);
      resolve(data);
    });
  });
};
const gen = function* () {
  const f1 = yield readFile('/src/home');
  const f2 = yield readFile('/src/route');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};

async函数

const asyncReadFile = async function () {
  const f1 = await readFile('/src/home');
  const f2 = await readFile('/src/route');
  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 / thunk 函数，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。

asyncReadFile();

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，或者用执行器，才能真正执行，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.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。

4.更广的适用性

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，但这时会自动转成立即 resolved 的 Promise 对象）。

TOP2

基本用法

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，等到异步操作完成，再接着执行函数体内后面的语句。

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();
//Promise {<fulfilled>: 'hello world'}
f().then(v => console.log(v));
// "hello world"

上面代码中，函数f内部 return返回的值，会被then方法回调函数接收到。直接获取返回值会得到一个promise对象。

错误处理

async function f() {
  throw new Error('出错了');
}
f().then(
  v => console.log('resolve', v),
  e => console.log('reject', e)
)
//reject Error: 出错了

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。

Promise 对象状态的变化

async函数返回的 Promise 对象，必须等到内部所有await命令后面的 Promise 对象执行完，才会发生状态改变，除非遇到return语句或者抛出错误。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。

举个例子:

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(function(data){
   console.log(data);
})
// "ECMAScript 2017 Language Specification"

上面代码中，函数getTitle内部有三个操作：抓取网页、取出文本、匹配页面标题。只有这三个操作全部完成，才会执行then方法里面的回调。

await 命令

正常情况下，awai t命令后面是一个 Promise 对象，返回该对象的结果。如果不是 Promise 对象，就直接返回对应的值。

sync function f() {
  // 等同于
  // return 123;
  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，这时等同于return 123。

线程睡眠
JavaScript 一直没有休眠的语法，但是借助await命令就可以让程序停顿指定的时间。

function sleep(interval,i) {
  console.log(i);
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(resolve, interval);
  })
}
// 用法
async function one2FiveInAsync() {
  for(let i = 1; i <= 5; i++) {
    await sleep(1000);
  }
}
one2FiveInAsync();

每间隔1秒就打印一次 i 。如果不加上async / await 呢？

function sleep(interval, i) {
  console.log(i);
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(resolve, interval);
  })
}
// 用法
function one2FiveInAsync() {
  for(let i = 1; i <= 5; i++) {
    sleep(1000, i);
  }
}
one2FiveInAsync();

会同时打印 1 2 3 4 5。我们先来分析下同时打印 1 2 3 4 5的原因，是因为在for 循环中会短时间内调用五次sleep方法，输出 i 然后创建 5个 promise 对象。

为了加了async / await 就不这样呢？
主要原因是我们刚刚也讲了，当JavaScript引擎一但遇到 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。

也就是说：

 await sleep(1000);

在执行当前 await 的异步操作时会阻塞后面的 await sleep(1000) 的执行。我没结束你们都给我躺着（暂停执行）… 这就是我们所讲的线程睡眠。当主线程进入睡眠后，所以可以看到程序在 sleep() 函数处暂停。

async 函数返回 promise状态变更

注意：任何一个await语句后面的 Promise 对象变为reject状态，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。
有时，我们希望即使前一个异步操作失败，也不要中断后面的异步操作。这时可以将第一个await放在try…catch结构里面，这样不管这个异步操作是否成功，第二个await都会执行。

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

或者这样写：
await后面的 Promise 对象再跟一个catch方法，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

TOP3

错误处理

刚刚我们讲到如果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。

那么我们可以这样部署多个await命令，可以统一放在try…catch结构中。

async function main() {
  try {
    const val1 = await firstStep();
    const val2 = await secondStep(val1);
    const val3 = await thirdStep(val1, val2);
    console.log('Final: ', val3);
  }
  catch (err) {
    console.error(err);
  }
}

另外如果多个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。

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。

如果将forEach方法的参数改成async函数，也有问题。

function dbFuc(db) { //这里不需要 async
  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（向后）执行。

解释下什么是并发执行：
可能大家在学过单线程后会对并发执行有些误解，认为 JavaScript 是单线程加上事件循环机制是不存在并发执行的。

但是大家不要误解了并发执行并不是并行执行。
并发是指两个或多个任务可以启动，运行，并在重叠的时间完成。这不代表着它们在同一时刻运行。 例如，单核机器上的多任务处理。
并行是指任务实际上是同时运行的，例如，在多核处理器上。

举个例子
例如你现在有两个任务，一个任务是1秒后console.log(1)，一个是2秒后console.log(2)，如果按照你说的串行执行，那么应该耗时3秒才执行完这两个任务。但你用setTimeout之后其实只要2秒就执行完了。

setTimeout(function(){
  console.log(1);
},1000);
setTimeout(function(){
  console.log(2);
},2000);

所以setTimeout 其实也是一种并发执行。

回归到刚刚的forEach问题上来最好的解决办法就是采用for循环。

async function dbFuc(db) {
  let docs = [{}, {}, {}];
  for (let doc of docs) {
    await db.post(doc);
  }
}

TOP4

async函数实现原理

async 函数的实现原理，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 packing(function* () {
    // ...
  });
}

所有的async函数都可以写成以下这种形式，其中的 packing 函数就是自动执行器。

function packing (genF) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    const gen = genF();
    function step(nextF) {
      let next;
      try {
        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); });
  });
}