理解async/await

Leon

首先明确一个问题,为什么 Node.js 需要异步编程?

JavaScript 是单线程的,在发出一个调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回,意思就是调用者主动等待调用结果,换句话说,就是必须等待上一个任务执行完才能执行下一个任务,这种执行模式叫:同步
Node.js 的主要应用场景是处理高并发(单位时间内极大的访问量)和 I/O 密集场景(ps: I/O 操作往往非常耗时,所以异步的关键在于解决 I/O 耗时问题),如果采用同步编程,问题就来了,服务器处理一个 I/O 请求需要大量的时间,后面的请求都将排队,造成浏览器端的卡顿。异步编程能解决这个问题。
所谓异步,就是调用在发出后,这个调用就直接返回了,调用者不会立即得到结果,但是不会阻塞,可以继续执行后续操作,而被调用者执行得到结果后通过状态、事件来通知调用者使用回调函数( callback )来处理这个结果。Node在处理耗时的 I/O 操作时,将其交给其他线程处理,自己继续处理其他访问请求,当 I/O 操作处理好后就会通过事件通知 Node 用回调做后续处理。
有个例子非常好:

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下",然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。而异步通信机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

下面几种方式是异步解决方案的进化过程:

CallBacks

回调函数就是函数A作为参数传递给函数B,并且在未来某一个时间被调用。callback的异步模式最大的问题就是,理解困难加回调地狱(callback hell),看下面的代码的执行顺序:

A();
ajax('url1', function(){
    B();
    ajax('url2', function(){
        C();
    }
    D();
});
E();

其执行顺序为:A => E => B => D => C,这种执行顺序的确会让人头脑发昏,另外由于由于多个异步操作之间往往会耦合,只要中间一个操作需要修改,那么它的上层回调函数和下层回调函数都可能要修改,这就陷入了回调地狱。而 Promise 对象就很好的解决了异步操作之间的耦合问题,让我们可以用同步编程的方式去写异步操作。

Promise

Promise 对象是一个构造函数,用来生成promise实例。Promise 代表一个异步操作,有三种状态:pending,resolved(异步操作成功由 pending 变为 resolved ),rejected(异步操作失败由 pending 变为 rejected ),一旦变为后两种状态将不会再改变。Promise 对象作为构造函数接受一个函数作为参数,而这个函数又接受 resolve reject 两个函数做为参数,这两个函数是JS内置的,无需配置。resolve 函数在异步操作成功后调用,将pending状态变为resolved,并将它的参数传递给回调函数;reject 函数在异步操作失败时调用,将pending状态变为rejected,并将参数传递给回调函数。

  • Promise.prototype.then()

Promise构造函数的原型上有一个then方法,它接受两个函数作为参数,分别是 resolved 状态和 rejected 状态的回调函数,而这两个回调函数接受的参数分别是Promise实例中resolve函数和reject函数中的参数。 另外rejected状态的回调函数是可省略的。

下面是一个使用示例:

const instance = new Promise((resolve, reject) => {
    // 一些异步操作
    if(/*异步操作成功*/) {
      resolve(value);
    } else {
      reject(error);
    }
  }
})
instance.then(value => {
  // do something...
}, error => {
  // do something...
})

注意Promise实例在生成后会立即执行,而 then 方法只有在所有同步任务执行完后才会执行,看看下面的例子:

const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  console.log('async task begins!');
  setTimeout(() => {
    resolve('done, pending -> resolved!');
  }, 1000);
})

promise.then(value => {
  console.log(value);
}) 

console.log('1.please wait');
console.log('2.please wait');
console.log('3.please wait');
// async task begins!
// 1.please wait
// 2.please wait
// 3.please wait
// done, pending -> resolved!

上面的实例可以看出,Promise实例生成后立即执行,所以首先输出 'async task begins!',随后定义了一个异步操作 setTimeout,1秒后执行,所以无需等待,向下执行,而then方法指定的回调函数要在所有同步任务执行完后才执行,所以先输出了3个'please wait',最后输出'done, pending -> resolved!'。(此处省略了then方法中的reject回调,一般不在then中做rejected状态的处理,而使用catch方法专门处理错误,相当于.then(null, reject))

  • 链式调用 then 方法

    then 方法会返回一个新的 Promise 实例,可以分两种情况来看:

  1. 指定返回值是新的 Promise 对象,如return new Promise(...),这种情况没啥好说的,由于返回的是 Promise,后面显然可以继续调用then方法。
  2. 返回值不是Promise, 如:return 1 这种情况还是会返回一个 Promise,并且这个Promise 立即执行回调 resolve(1)。所以仍然可以链式调用then方法。(注:如果没有指定return语句,相当于返回了undefined

使用 then 的链式写法,按顺序实现一系列的异步操作,这样就可以用同步编程的形式去实现异步操作,来看下面的例子,实现隔两秒打一次招呼:

function sayHi(name) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resolve(name);
    }, 2000)
  })
}

sayHi('张三')
  .then(name => {
    console.log(`你好, ${name}`);
    return sayHi('李四');    // 最终 resolved 函数中的参数将作为值传递给下一个then
  })
  // name 是上一个then传递出来的参数
  .then(name => {                
    console.log(`你好, ${name}`);
    return sayHi('王二麻子');
  })
  .then(name => {
    console.log(`你好, ${name}`);
  })
// 你好, 张三
// 你好, 李四
// 你好, 王二麻子

可以看到使用链式then的写法,将异步操作变成了同步的形式,但是也带来了新的问题,就是异步操作变成了很长的then链,新的解决方法就是Generator,这里跨过它直接说它的语法糖:async/await

async/await

  • async

async/await实际上是Generator的语法糖。顾名思义,async关键字代表后面的函数中有异步操作,await表示等待一个异步方法执行完成。声明异步函数只需在普通函数前面加一个关键字async即可,如:

async function funcA() {}

async 函数返回一个Promise对象(如果指定的返回值不是Promise对象,也返回一个Promise,只不过立即 resolve ,处理方式同 then 方法),因此 async 函数通过 return 返回的值,会成为 then 方法中回调函数的参数:

async function funcA() {
  return 'hello!';
}

funcA().then(value => {
  console.log(value);
})
// hello!

单独一个 async 函数,其实与Promise执行的功能是一样的,来看看 await 都干了些啥。

  • await

顾名思义, await 就是异步等待,它等待的是一个Promise,因此 await 后面应该写一个Promise对象,如果不是Promise对象,那么会被转成一个立即 resolve 的Promise。 async 函数被调用后就立即执行,但是一旦遇到 await 就会先返回,等到异步操作执行完成,再接着执行函数体内后面的语句。总结一下就是:async函数调用不会造成代码的阻塞,但是await会引起async函数内部代码的阻塞。看看下面这个例子:

async function func() {
  console.log('async function is running!');
  const num1 = await 200;
  console.log(`num1 is ${num1}`);
  const num2 = await num1+ 100;
  console.log(`num2 is ${num2}`);
  const num3 = await num2 + 100;
  console.log(`num3 is ${num3}`);
}

func();
console.log('run me before await!');
// async function is running!
// run me before await!
// num1 is 200
// num2 is 300
// num3 is 400

可以看出调用 async func 函数后,它会立即执行,首先输出了'async function is running!',接着遇到了 await 异步等待,函数返回,先执行func()后面的同步任务,同步任务执行完后,接着await等待的位置继续往下执行。可以说,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。

值得注意的是, await 后面的 Promise 对象不总是返回 resolved 状态,只要一个 await 后面的Promise状态变为 rejected ,整个 async 函数都会中断执行,为了保存错误的位置和错误信息,我们需要用 try...catch 语句来封装多个 await 过程,如下:

async function func() {
  try {
    const num1 = await 200;
    console.log(`num1 is ${num1}`);
    const num2 = await Promise.reject('num2 is wrong!');
    console.log(`num2 is ${num2}`);
    const num3 = await num2 + 100;
    console.log(`num3 is ${num3}`);
  } catch (error) {
    console.log(error);
  }
}

func();
// num1 is 200
// 出错了
// num2 is wrong!

如上所示,在 num2 await 得到了一个状态为 rejected 的Promise对象,该错误会被传递到 catch 语句中,这样我们就可以定位错误发生的位置。

  • async/await比Promise强在哪儿?

接下来我们用async/await改写一下Promise章节中关于sayHi的一个例子,代码如下:

function sayHi(name) {
  return new Promise((resolved, rejected) => {
    setTimeout(() => {
      resolved(name);
    }, 2000)
  })
}

async function sayHi_async(name) {
  const sayHi_1 = await sayHi(name)
  console.log(`你好, ${sayHi_1}`)
  const sayHi_2 = await sayHi('李四')
  console.log(`你好, ${sayHi_2}`)
  const sayHi_3 = await sayHi('王二麻子')
  console.log(`你好, ${sayHi_3}`)
}

sayHi_async('张三')
// 你好, 张三
// 你好, 李四
// 你好, 王二麻子

与之前长长的then链和then方法里的回调函数相比,这样的写法看起来像是同步写法并且更加清爽,更加符合编程习惯。

参考文章

https://segmentfault.com/a/11...
https://segmentfault.com/a/11...
https://www.zhihu.com/questio...

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