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重读 ES6 - async+await 同步/异步方案

来源:Jeremy_young 发布时间:2018-08-03 阅读次数:

  异步编程一直是JavaScript 编程的重大事项。关于异步方案, ES6 先是出现了 基于状态管理的 Promise,然后出现了 Generator 函数 + co 函数,紧接着又出现了 ES7 的 async + await 方案。

  本文力求以最简明的方式来疏通 async + await。

  异步编程的几个场景

  先从一个常见问题开始:一个for 循环中,如何异步的打印迭代顺序?

  我们很容易想到用闭包,或者 ES6 规定的 let 块级作用域来回答这个问题。

for (let val of [1, 2, 3, 4]) {
    setTimeout(() => console.log(val),100);
}
// => 预期结果依次为:1, 2, 3, 4

  这里描述的是一个均匀发生的的异步,它们被依次按既定的顺序排在异步队列中等待执行。

  如果异步不是均匀发生的,那么它们被注册在异步队列中的顺序就是乱序的。

for (let val of [1, 2, 3, 4]) {
    setTimeout(() => console.log(val), 100 * Math.random());
}
// => 实际结果是随机的,依次为:4, 2, 3, 1

  返回的结果是乱序不可控的,这本来就是最为真实的异步。但另一种情况是,在循环中,如果希望前一个异步执行完毕、后一个异步再执行,该怎么办?

for (let val of ['a', 'b', 'c', 'd']) {
    // a 执行完后,进入下一个循环
    // 执行 b,依此类推
}

  这不就是多个异步 “串行” 吗!

  在回调 callback 嵌套异步操作、再回调的方式,不就解决了这个问题!或者,使用 Promise + then() 层层嵌套同样也能解决问题。但是,如果硬是要将这种嵌套的方式写在循环中,还恐怕还需费一番周折。试问,有更好的办法吗?

  异步同步化方案

  试想,如果要去将一批数据发送到服务器,只有前一批发送成功(即服务器返回成功的响应),才开始下一批数据的发送,否则终止发送。这就是一个典型的 “for 循环中存在相互依赖的异步操作” 的例子。

  明显,这种 “串行” 的异步,实质上可以当成同步。它和乱序的异步比较起来,花费了更多的时间。按理说,我们希望程序异步执行,就是为了 “跳过” 阻塞,较少时间花销。但与之相反的是,如果需要一系列的异步 “串行”,我们应该怎样很好的进行编程?

  对于这个 “串行” 异步,有了 ES6 就非常容易的解决了这个问题。

async function task () {
    for (let val of [1, 2, 3, 4]) {
        // await 是要等待响应的
        let result = await send(val);
        if (!result) {
            break;
        }
    }
}
task();

  从字面上看,就是本次循环,等有了结果,再进行下一次循环。因此,循环每执行一次就会被暂停(“卡住”)一次,直到循环结束。这种编码实现,很好的消除了层层嵌套的 “回调地狱” 问题,降低了认知难度。

  这就是异步问题同步化的方案。关于这个方案,如果说 Promise 主要解决的是异步回调问题,那么 async + await 主要解决的就是将异步问题同步化,降低异步编程的认知负担。

  async + await “外异内同”

  早先接触这套 API 时,看着繁琐的文档,一知半解的认为 async + await 主要用来解决异步问题同步化的。

  其实不然。从上面的例子看到:async 关键字声明了一个 异步函数,这个 异步函数 体内有一行 await 语句,它告示了该行为同步执行,并且与上下相邻的代码是依次逐行执行的。

  将这个形式化的东西再翻译一下,就是:

1、async 函数执行后,总是返回了一个 promise 对象
2、await 所在的那一行语句是同步的

  其中,1 说明了从外部看,task 方法执行后返回一个 Promise 对象,正因为它返回的是 Promise,所以可以理解task 是一个异步方法。毫无疑问它是这样用的:

task().then((val) => {alert(val)})
      .then((val) => {alert(val)})

  2 说明了在 task 函数内部,异步已经被 “削” 成了同步。整个就是一个执行稍微耗时的函数而已。

  综合 1、2,从形式上看,就是 “task 整体是一个异步函数,内部整个是同步的”,简称“外异内同”。

  整体是一个异步函数 不难理解。在实现上,我们不妨逆向一下,语言层面让async关键字调用时,在函数执行的末尾强制增加一个promise 反回:

async fn () {
    let result;
    // ...
    //末尾返回 promise
    return isPromise(result)? 
            result : Promise.resolve(undefined);
}

  内部是同步的 是怎么做到的?实际上 await 调用,是让后边的语句(函数)做了一个递归执行,直到获取到结果并使其 状态 变更,才会 resolve 掉,而只有 resolve 掉,await 那一行代码才算执行完,才继续往下一行执行。所以,尽管外部是一个大大的 for 循环,但是整个 for 循环是依次串行的。

  因此,仅从上述框架的外观出发,就不难理解 async + await 的意义。使用起来也就这么简单,反而 Promise 是一个必须掌握的基础件。

  秉承本次《重读 ES6》系列的原则,不过多追求理解细节和具体实现过程。我们继续巩固一下这个 “形式化” 的理解。

  async + await 的进一步理解

  有这样的一个异步操作 longTimeTask,已经用 Promise 进行了包装。借助该函数进行一系列验证。

const longTimeTask = function (time) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(()=>{
      console.log(`等了 ${time||'xx'} 年,终于回信了`);
      resolve({'msg': 'task done'});
    }, time||1000)
  })
}

  async 函数的执行情况

  如果,想查看 async exec1 函数的返回结果,以及 await 命令的执行结果:

const exec1 = async function () {
  let result = await longTimeTask();
  console.log('result after long time ===>', result);
}
// 查看函数内部执行顺序
exec1();
// => 等了 xx 年,终于回信了
// => result after long time ===> Object {msg: "task done"}

//查看函数总体返回值
console.log(exec1());
// => Promise {[[PromiseStatus]]: "pending",...}
// => 同上

  以上 2 步执行,清晰的证明了 exec1 函数体内是同步、逐行逐行执行的,即先执行完异步操作,然后进行 console.log() 打印。而 exec1() 的执行结果就直接是一个 Promise,因为它最先会蹦出来一串 Promise ...,然后才是 exec1 函数的内部执行日志。

  因此,所有验证,完全符合 整体是一个异步函数,内部整个是同步的 的总结。

  await 如何执行其后语句?

  回到 await ,看看它是如何执行其后边的语句的。假设:让 longTimeTask() 后边直接带 then() 回调,分两种情况:

  1)then() 中不再返回任何东西

  2) then() 中继续手动返回另一个 promise

const exec2 = async function () {
  let result = await longTimeTask().then((res) => {
    console.log('then ===>', res.msg);
    res.msg = `${res.msg} then refrash message`;
    // 注释掉这条 return 或 手动返回一个 promise
    return Promise.resolve(res);
  });
  console.log('result after await ===>', result.msg);
}
exec2();
// => 情况一 TypeError: Cannot read property 'msg' of undefined
// => 情况二 正常

  首先,longTimeTask() 加上再多得 then() 回调,也不过是放在了它的回调列队 queue 里了。也就是说,await 命令之后始终是一条 表达式语句,只不过上述代码书写方式比较让人迷惑。(比较好的实践建议是,将 longTimeTask 方法身后的 then() 移入 longTimeTask 函数体封装起来)

  其次,手动返回另一个 promise 和什么也不返回,关系到 longTimeTask() 方法最终 resolve 出去的内容不一样。换句话说,await 命令会提取其后边的promise 的 resolve 结果,进而直接导致 result 的不同。

  值得强调的是,await 命令只认 resolve 结果,对 reject 结果报错。不妨用以下的 return 语句替换上述 return 进行验证。

return Promise.reject(res);

  最后

  其实,关于异步编程还有很多可以梳理的,比如跨模块的异步编程、异步的单元测试、异步的错误处理以及什么是好的实践。All in all, 限于篇幅,不在此汇总了。最后,async + await 确实是一个很优雅的方案。

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