js读书笔记-期约和异步（下）

异步函数

异步函数，也称为“async/await”(语法关键字)，是 ES6 期约模式在 ECMAScript 函数中的应用。 async/await 是 ES8 规范新增的。这个特性从行为和语法上都增强了 JavaScript，让以同步方式写的代码能够异步执行。下面来看一个最简单的例子，这个期约在超时之后会解决为一个值:

let p = new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000, 3));

这个期约在 1000 毫秒之后解决为数值 3。如果程序中的其他代码要在这个值可用时访问它，则需要写一个解决处理程序:

let p = new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000, 3));
p.then((x) => console.log(x)); // 3

这其实是很不方便的，因为其他代码都必须塞到期约处理程序中。不过可以把处理程序定义为一个函数:

function handler(x) { console.log(x); }
let p = new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000, 3));
p.then(handler); // 3

这个改进其实也不大。这是因为任何需要访问这个期约所产生值的代码，都需要以处理程序的形式来接收这个值。也就是说，代码照样还是要放到处理程序里。ES8 为此提供了 async/await 关键字。

异步函数

ES8 的 async/await 旨在解决利用异步结构组织代码的问题。为此，ECMAScript 对函数进行了扩展，为其增加了两个新关键字:async 和 await。

async

async 关键字用于声明异步函数。这个关键字可以用在函数声明、函数表达式、箭头函数和方法上:

async function foo() {}
let bar = async function () {};
let baz = async () => {};
class Qux {
  async qux() {}
}

使用 async 关键字可以让函数具有异步特征，但总体上其代码仍然是同步求值的。而在参数或闭包方面，异步函数仍然具有普通 JavaScript 函数的正常行为。正如下面的例子所示，foo()函数仍然会在后面的指令之前被求值:

async function foo() {
  console.log(1);
}
foo();
console.log(2);
// 1
// 2

不过，异步函数如果使用 return 关键字返回了值(如果没有 return 则会返回 undefined)，这个值会被 Promise.resolve()包装成一个期约对象。异步函数始终返回期约对象。在函数外部调用这个函数可以得到它返回的期约:

async function foo() {
  console.log(1);
  return 3;
}
// 给返回的期约添加一个解决处理程序
foo().then(console.log);
console.log(2);
// 1
// 2
// 3

当然，直接返回一个期约对象也是一样的。异步函数的返回值期待(但实际上并不要求)一个实现 thenable 接口的对象，但常规的值也可以。如果返回的是实现 thenable 接口的对象，则这个对象可以由提供给 then()的处理程序“解包”。如果不是，则返回值就被当作已经解决的期约。下面的代码演示了这些情况：

// 返回一个原始值
async function foo() {
  return "foo";
}
foo().then(console.log); // foo

// 返回一个没有实现 thenable 接口的对象
async function bar() {
  return ["bar"];
}
bar().then(console.log); // ['bar']

// 返回一个实现了 thenable 接口的非期约对象
async function baz() {
  const thenable = {
    then(callback) {
      callback("baz");
    },
  };
  return thenable;
}
baz().then(console.log); // baz

// 返回一个期约
async function qux() {
  return Promise.resolve("qux");
}
qux().then(console.log); // qux

与在期约处理程序中一样，在异步函数中抛出错误会返回拒绝的期约:

async function foo() {
  console.log(1);
  throw 3;
}
// 给返回的期约添加一个拒绝处理程序
foo().catch(console.log);
console.log(2);
// 1 // 2 // 3

不过，拒绝期约的错误不会被异步函数捕获:

async function foo() {
  console.log(1);
  Promise.reject(3);
}
// Attach a rejected handler to the returned promise
foo().catch(console.log);
console.log(2);
// 1
// 2
// Uncaught (in promise): 3

await

因为异步函数主要针对不会马上完成的任务，所以自然需要一种暂停和恢复执行的能力。使用 await 关键字可以暂停异步函数代码的执行，等待期约解决。来看下面这个的例子:

let p = new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000, 3));
p.then((x) => console.log(x)); // 3

使用 async/await 可以写成这样:

async function foo() {
  let p = new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000, 3));
  console.log(await p);
}
foo(); // 3

注意，await 关键字会暂停执行异步函数后面的代码，让出 JavaScript 运行时的执行线程。这个行为与生成器函数中的 yield 关键字是一样的。await 关键字同样是尝试“解包”对象的值，然后将这个值传给表达式，再异步恢复异步函数的执行。

await 关键字的用法与 JavaScript 的一元操作一样。它可以单独使用，也可以在表达式中使用，如下面的例子所示:

// 异步打印"foo"
async function foo() {
  console.log(await Promise.resolve("foo"));
}
foo(); // foo
// 异步打印"bar"
async function bar() {
  return await Promise.resolve("bar");
}
bar().then(console.log);
// bar
// 1000 毫秒后异步打印"baz"
async function baz() {
  await new Promise((resolve, reject) => setTimeout(resolve, 1000));
  console.log("baz");
}
baz();
// baz(1000 毫秒后)

await 关键字期待(但实际上并不要求)一个实现 thenable 接口的对象，但常规的值也可以。如果是实现 thenable 接口的对象，则这个对象可以由 await 来“解包”。如果不是，则这个值就被当作已经解决的期约。下面的代码演示了这些情况:

// 等待一个原始值
async function foo() {
  console.log(await "foo");
}
foo(); // foo
// 等待一个没有实现 thenable 接口的对象
async function bar() {
  console.log(await ["bar"]);
}
// ['bar']
// 等待一个实现了 thenable 接口的非期约对象
async function baz() {
  const thenable = {
    then(callback) {
      callback("baz");
    },
  };
  console.log(await thenable);
}
baz(); // baz
// 等待一个期约
async function qux() {
  console.log(await Promise.resolve("qux"));
}
qux(); // qux

等待会抛出错误的同步操作，会返回拒绝的期约:

async function foo() {
  console.log(1);
  await (() => {
    throw 3;
  })();
}
// 给返回的期约添加一个拒绝处理程序
foo().catch(console.log);
console.log(2);
// 1 // 2 // 3

如前面的例子所示，单独的 Promise.reject()不会被异步函数捕获，而会抛出未捕获错误。不过，对拒绝的期约使用 await 则会释放(unwrap)错误值(将拒绝期约返回):

async function foo() {
  console.log(1);
  await Promise.reject(3);
  console.log(4); // 这行代码不会执行
}
// 给返回的期约添加一个拒绝处理程序
foo().catch(console.log);
console.log(2);
// 1 // 2 // 3

await 的限制

await 关键字必须在异步函数中使用，不能在顶级上下文如<script>标签或模块中使用。不过，定义并立即调用异步函数是没问题的。下面两段代码实际是相同的:

async function foo() {
  console.log(await Promise.resolve(3));
}
foo(); // 3
// 立即调用的异步函数表达式
(async function () {
  console.log(await Promise.resolve(3));
})();
// 3

此外，异步函数的特质不会扩展到嵌套函数。因此，await 关键字也只能直接出现在异步函数的定义中。在同步函数内部使用 await 会抛出 SyntaxError。

下面展示了一些会出错的例子:

// 不允许:await 出现在了箭头函数中
function foo() {
    const syncFn = () => {
        return await Promise.resolve('foo');
    };
    console.log(syncFn());
}
// 不允许:await 出现在了同步函数声明中
function bar() {
    function syncFn() {
        return await Promise.resolve('bar');
    }
    console.log(syncFn());
}
// 不允许:await 出现在了同步函数表达式中
function baz() {
    const syncFn = function() {
        return await Promise.resolve('baz');
    };
    console.log(syncFn());
}
// 不允许:IIFE 使用同步函数表达式或箭头函数
function qux() {
    (function () {
        console.log(await Promise.resolve('qux'));
    })();
    (() => console.log(await Promise.resolve('qux')))();
}

停止和恢复执行

使用 await 关键字之后的区别其实比看上去的还要微妙一些。比如，下面的例子中按顺序调用了 3 个函数，但它们的输出结果顺序是相反的:

async function foo() {
  console.log(await Promise.resolve("foo"));
}
async function bar() {
  console.log(await "bar");
}
async function baz() {
  console.log("baz");
}
foo();
bar();
baz();
// baz
// bar
// foo

async/await 中真正起作用的是 await。async 关键字，无论从哪方面来看，都不过是一个标识符。 12 毕竟，异步函数如果不包含 await 关键字，其执行基本上跟普通函数没有什么区别。

要完全理解 await 关键字，必须知道它并非只是等待一个值可用那么简单。JavaScript 运行时在碰到 await 关键字时，会记录在哪里暂停执行。等到 await 右边的值可用了，JavaScript 运行时会向消息队列中推送一个任务，这个任务会恢复异步函数的执行。

因此，即使 await 后面跟着一个立即可用的值，函数的其余部分也会被异步求值。下面的例子演示了这一点:

async function foo() {
  console.log(2);
  await null;
  console.log(4);
}
console.log(1);
foo();
console.log(3);
// 1
// 2
// 3
// 4

控制台中输出结果的顺序很好地解释了运行时的工作过程:

打印 1;
调用异步函数 foo();
(在 foo()中)打印 2;
(在 foo()中)await 关键字暂停执行，为立即可用的值 null 向消息队列中添加一个任务;
foo()退出;
打印 3;
同步线程的代码执行完毕;
JavaScript 运行时从消息队列中取出任务，恢复异步函数执行;
(在 foo()中)恢复执行，await 取得 null 值(这里并没有使用);
(在 foo()中)打印 4;
foo()返回。

如果 await 后面是一个期约，则问题会稍微复杂一些。此时，为了执行异步函数，实际上会有两个任务被添加到消息队列并被异步求值。下面的例子虽然看起来很反直觉，但它演示了真正的执行顺序:

async function foo() {
  console.log(2);
  console.log(await Promise.resolve(8));
  console.log(9);
}
async function bar() {
  console.log(4);
  console.log(await 6);
  console.log(7);
}
console.log(1);
foo();
console.log(3);
bar();
console.log(5);
// 1 // 2 // 3 // 4 // 5 // 6 // 7 // 8 //9

运行时会像这样执行上面的例子:

打印 1;
调用异步函数 foo();
(在 foo()中)打印 2;
(在 foo()中)await 关键字暂停执行，向消息队列中添加一个期约在落定之后执行的任务;
期约立即落定，把给 await 提供值的任务添加到消息队列;
foo()退出;
打印 3;
调用异步函数 bar();
(在 bar()中)打印 4;
(在 bar()中)await 关键字暂停执行，为立即可用的值 6 向消息队列中添加一个任务;
bar()退出;
打印 5;
顶级线程执行完毕;
JavaScript 运行时从消息队列中取出解决 await 期约的处理程序，并将解决的值 8 提供给它;
JavaScript 运行时向消息队列中添加一个恢复执行 foo()函数的任务;
JavaScript 运行时从消息队列中取出恢复执行 bar()的任务及值 6;
(在 bar()中)恢复执行，await 取得值 6;
(在 bar()中)打印 6;
(在 bar()中)打印 7;
bar()返回;
异步任务完成，JavaScript 从消息队列中取出恢复执行 foo()的任务及值 8;
(在 foo()中)打印 8;
(在 foo()中)打印 9;
foo()返回。

异步函数策略

因为简单实用，所以异步函数很快成为 JavaScript 项目使用最广泛的特性之一。不过，在使用异步函数时，还是有些问题要注意。

实现 sleep()

很多人在刚开始学习 JavaScript 时，想找到一个类似 Java 中 Thread.sleep()之类的函数，好在程序中加入非阻塞的暂停。以前，这个需求基本上都通过 setTimeout() 利用 JavaScript 运行时的行为来实现的。

有了异步函数之后，就不一样了。一个简单的箭头函数就可以实现 sleep():

async function sleep(delay) {
  return new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, delay));
}
async function foo() {
  const t0 = Date.now();
  await sleep(1500); // 暂停约 1500 毫秒
  console.log(Date.now() - t0);
}
foo();
// 1502

利用平行执行

如果使用 await 时不留心，则很可能错过平行加速的机会。来看下面的例子，其中顺序等待了 5 个随机的超时:

async function randomDelay(id) {
  // 延迟 0~1000 毫秒
  const delay = Math.random() * 1000;
  return new Promise((resolve) =>
    setTimeout(() => {
      console.log(`${id} finished`);
      resolve();
    }, delay)
  );
}
async function foo() {
  const t0 = Date.now();
  for (let i = 0; i `< 5; ++i) {
    await randomDelay(i);
  }
  console.log(`${Date.now() - t0}ms elapsed`);
}
foo();
// 0 finished
// 1 finished
// 2 finished
// 3 finished
// 4 finished
// 877ms elapsed

就算这些期约之间没有依赖，异步函数也会依次暂停，等待每个超时完成。这样可以保证执行顺序，但总执行时间会变长。

如果顺序不是必需保证的，那么可以先一次性初始化所有期约，然后再分别等待它们的结果。注意，虽然期约没有按照顺序执行，但 await 按顺序收到了每个期约的值:

async function randomDelay(id) {
  // 延迟 0~1000 毫秒
  const delay = Math.random() * 1000;
  return new Promise((resolve) =>`
    setTimeout(() => {
      console.log(`${id} finished`);
      resolve(id);
    }, delay)
  );
}
async function foo() {
  const t0 = Date.now();
  const promises = Array(5)
    .fill(null)
    .map((_, i) => randomDelay(i));
  for (const p of promises) {
    console.log(`awaited ${await p}`);
  }
  console.log(`${Date.now() - t0}ms elapsed`);
}
foo();
// 1 finished
// 2 finished
// 4 finished
// 3 finished
// 0 finished
// awaited 0
// awaited 1
// awaited 2
// awaited 3
// awaited 4
// 645ms elapsed

串行执行期约

使用 async/await，期约连锁会变得很简单:

function addTwo(x) {
  return x + 2;
}
function addThree(x) {
  return x + 3;
}
function addFive(x) {
  return x + 5;
}
async function addTen(x) {
  for (const fn of [addTwo, addThree, addFive]) {
    x = await fn(x);
  }
  return x;
}
addTen(9).then(console.log); // 19

这里，await 直接传递了每个函数的返回值，结果通过迭代产生。当然，这个例子并没有使用期约，如果要使用期约，则可以把所有函数都改成异步函数。这样它们就都返回期约了:

async function addTwo(x) {
  return x + 2;
}
async function addThree(x) {
  return x + 3;
}
async function addFive(x) {
  return x + 5;
}
async function addTen(x) {
  for (const fn of [addTwo, addThree, addFive]) {
    x = await fn(x);
  }
  return x;
}
addTen(9).then(console.log); // 19

栈追踪与内存管理

期约与异步函数的功能有相当程度的重叠，但它们在内存中的表示则差别很大。看看下面的例子，它展示了拒绝期约的栈追踪信息:

function fooPromiseExecutor(resolve, reject) {
  setTimeout(reject, 1000, "bar");
}
function foo() {
  new Promise(fooPromiseExecutor);
}
foo();
// Uncaught (in promise) bar 
// setTimeout
// setTimeout (async)
// fooPromiseExecutor
// foo

根据对期约的不同理解程度，以上栈追踪信息可能会让某些读者不解。栈追踪信息应该相当直接地表现 JavaScript 引擎当前栈内存中函数调用之间的嵌套关系。在超时处理程序执行时和拒绝期约时，我们看到的错误信息包含嵌套函数的标识符，那是被调用以创建最初期约实例的函数。可是，我们知道这些函数已经返回了，因此栈追踪信息中不应该看到它们。

答案很简单，这是因为 JavaScript 引擎会在创建期约时尽可能保留完整的调用栈。在抛出错误时，调用栈可以由运行时的错误处理逻辑获取，因而就会出现在栈追踪信息中。当然，这意味着栈追踪信息会占用内存，从而带来一些计算和存储成本。

如果在前面的例子中使用的是异步函数，那又会怎样呢?比如:

function fooPromiseExecutor(resolve, reject) {
  setTimeout(reject, 1000, "bar");
}
async function foo() {
  await new Promise(fooPromiseExecutor);
}
foo();
// Uncaught (in promise) bar
//   foo
//   async function (async)
//   foo

这样一改，栈追踪信息就准确地反映了当前的调用栈。fooPromiseExecutor()已经返回，所以它不在错误信息中。但 foo()此时被挂起了，并没有退出。JavaScript 运行时可以简单地在嵌套函数中存储指向包含函数的指针，就跟对待同步函数调用栈一样。这个指针实际上存储在内存中，可用于在出错时生成栈追踪信息。这样就不会像之前的例子那样带来额外的消耗，因此在重视性能的应用中是可以优先考虑的。

小结

长期以来，掌握单线程 JavaScript 运行时的异步行为一直都是个艰巨的任务。随着 ES6 新增了期约和 ES8 新增了异步函数，ECMAScript 的异步编程特性有了长足的进步。通过期约和 async/await，不仅可以实现之前难以实现或不可能实现的任务，而且也能写出更清晰、简洁，并且容易理解、调试的代码。

期约的主要功能是为异步代码提供了清晰的抽象。可以用期约表示异步执行的代码块，也可以用期约表示异步计算的值。在需要串行异步代码时，期约的价值最为突出。作为可塑性极强的一种结构，期约可以被序列化、连锁使用、复合、扩展和重组。

异步函数是将期约应用于 JavaScript 函数的结果。异步函数可以暂停执行，而不阻塞主线程。无论编写基于期约的代码，还是组织串行或平行执行的异步代码，使用异步函数都非常得心应手。异步函数可以说是现代 JavaScript 工具箱中最重要的工具之一。

js读书笔记-期约和异步（下） ​

异步函数 ​

异步函数 ​

async ​

await ​

await 的限制 ​

停止和恢复执行 ​

异步函数策略 ​

实现 sleep() ​

利用平行执行 ​

串行执行期约 ​

栈追踪与内存管理 ​

小结 ​

js读书笔记-期约和异步（下）

异步函数

异步函数

async

await

await 的限制

停止和恢复执行

异步函数策略

实现 sleep()

利用平行执行

串行执行期约

栈追踪与内存管理

小结