Async：简洁优雅的异步之道

前言

在异步处理方案中，目前最为简洁优雅的便是 async函数（以下简称A函数）。经过必要的分块包装后，A函数能使多个相关的异步操作如同同步操作一样聚合起来，使其相互间的关系更为清晰、过程更为简洁、调试更为方便。它本质是 Generator函数的语法糖，通俗的说法是使用G函数进行异步处理的增强版。

尝试

学习A函数必须有 Promise基础，最好还了解 Generator函数，有需要的可查看延伸小节。

为了直观的感受A函数的魅力，下面使用 Promise和A函数进行了相同的异步操作。该异步的目的是获取用户的留言列表，需要分页，分页由后台控制。具体的操作是：先获取到留言的总条数，再更正当前需要显示的页数（每次切换到不同页时，总数目可能会发生变化），最后传递参数并获取到相应的数据。

let totalNum = 0; // Total comments number.
let curPage = 1; // Current page index.
let pageSize = 10; // The number of comment displayed in one page.
// 使用A函数的主代码。
async function dealWithAsync() {
 totalNum = await getListCount();
 console.log('Get count', totalNum);
 if (pageSize * (curPage - 1) > totalNum) {
   curPage = 1;
 }
 return getListData();
}
// 使用Promise的主代码。
function dealWithPromise() {
 return new Promise((resolve, reject) => {
   getListCount().then(res => {
     totalNum = res;
     console.log('Get count', res);
     if (pageSize * (curPage - 1) > totalNum) {
       curPage = 1;
     }
     return getListData()
   }).then(resolve).catch(reject);
 });
}
// 开始执行dealWithAsync函数。
// dealWithAsync().then(res => {
//   console.log('Get Data', res)
// }).catch(err => {
//   console.log(err);
// });
// 开始执行dealWithPromise函数。
// dealWithPromise().then(res => {
//   console.log('Get Data', res)
// }).catch(err => {
//   console.log(err);
// });
function getListCount() {
 return createPromise(100).catch(() => {
   throw 'Get list count error';
 });
}
function getListData() {
 return createPromise([], {
   curPage: curPage,
   pageSize: pageSize,
 }).catch(() => {
   throw 'Get list data error';
 });
}
function createPromise(
 data, // Reback data
 params = null, // Request params
 isSucceed = true,
 timeout = 1000,
) {
 return new Promise((resolve, reject) => {
   setTimeout(() => {
     isSucceed ? resolve(data) : reject(data);
   }, timeout);
 });
}

对比 dealWithAsync和 dealWithPromise两个简单的函数，能直观的发现：使用A函数，除了有 await关键字外，与同步代码无异。而使用 Promise则需要根据规则增加很多包裹性的链式操作，产生了太多回调函数，不够简约。另外，这里分开了每个异步操作，并规定好各自成功或失败时传递出来的数据，近乎实际开发。

1 登堂

1.1 形式

A函数也是函数，所以具有普通函数该有的性质。不过形式上有两点不同：一是定义A函数时， function关键字前需要有 async关键字（意为异步），表示这是个A函数。二是在A函数内部可以使用 await关键字（意为等待），表示会将其后面跟随的结果当成异步操作并等待其完成。

以下是它的几种定义方式。

// 声明式
async function A() {}
// 表达式
let A = async function () {};
// 作为对象属性
let o = {
 A: async function () {}
};

// 作为对象属性的简写式
let o = {
 async A() {}
};

// 箭头函数
let o = {
 A: async () => {}
};

1.2 返回值

执行A函数，会固定的返回一个 Promise对象。

得到该对象后便可监设置成功或失败时的回调函数进行监听。如果函数执行顺利并结束，返回的P对象的状态会从等待转变成成功，并输出 return命令的返回结果（没有则为 undefined）。如果函数执行途中失败，JS会认为A函数已经完成执行，返回的P对象的状态会从等待转变成失败，并输出错误信息。

// 成功执行案例
A1().then(res => {
 console.log('执行成功', res); // 10
});

async function A1() {
 let n = 1 * 10;
 return n;
}

// 失败执行案例
A2().catch(err => {
 console.log('执行失败', err); // i is not defined.
});

async function A2() {
 let n = 1 * i;
 return n;
}

1.3 await

只有在A函数内部才可以使用 await命令，存在于A函数内部的普通函数也不行。

引擎会统一将 await后面的跟随值视为一个 Promise，对于不是 Promise对象的值会调用 Promise.resolve()进行转化。即便此值为一个 Error实例，经过转化后，引擎依然视其为一个成功的 Promise，其数据为 Error的实例。

当函数执行到 await命令时，会暂停执行并等待其后的 Promise结束。如果该P对象最终成功，则会返回成功的返回值，相当将 awaitxxx替换成 返回值。如果该P对象最终失败，且错误没有被捕获，引擎会直接停止执行A函数并将其返回对象的状态更改为失败，输出错误信息。

最后，A函数中的 returnx表达式，相当于 returnawaitx的简写。

// 成功执行案例
A1().then(res => {
 console.log('执行成功', res); // 约两秒后输出100。
});

async function A1() {
 let n1 = await 10;
 let n2 = await new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(10);
   }, 2000);
 });
 return n1 * n2;
}

// 失败执行案例
A2().catch(err => {
 console.log('执行失败', err); // 约两秒后输出10。
});

async function A2() {
 let n1 = await 10;
 let n2 = await new Promise((resolve, reject) => {
   setTimeout(() => {
     reject(10);
   }, 2000);
 });
 return n1 * n2;
}

2 入室

2.1 继发与并发

对于存在于JS语句（ for, while等）的 await命令，引擎遇到时也会暂停执行。这意味着可以直接使用循环语句处理多个异步。

以下是处理继发的两个例子。A函数处理相继发生的异步尤为简洁，整体上与同步代码无异。

// 两个方法A1和A2的行为结果相同，都是每隔一秒输出10，输出三次。

async function A1() {
 let n1 = await createPromise();
 console.log('N1', n1);
 let n2 = await createPromise();
 console.log('N2', n2);
 let n3 = await createPromise();
 console.log('N3', n3);
}

async function A2() {
 for (let i = 0; i< 3; i++) {
   let n = await createPromise();
   console.log('N' + (i + 1), n);
 }
}

function createPromise() {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(10);
   }, 1000);
 });
}

接下来是处理并发的三个例子。A1函数使用了 Promise.all生成一个聚合异步，虽然简单但灵活性降低了，只有都成功和失败两种情况。A3函数相对A2仅仅为了说明应该怎样配合数组的遍历方法使用 async函数。重点在A2函数的理解上。

A2函数使用了循环语句，实际是继发的获取到各个异步值，但在总体的时间上相当并发（这里需要好好理解一番）。因为一开始创建 reqs数组时，就已经开始执行了各个异步，之后虽然是逐一继发获取，但总花费时间与遍历顺序无关，恒等于耗时最多的异步所花费的时间（不考虑遍历、执行等其它的时间消耗）。

// 三个方法A1, A2和A3的行为结果相同，都是在约一秒后输出[10, 10, 10]。
async function A1() {
 let res = await Promise.all([createPromise(), createPromise(), createPromise()]);
 console.log('Data', res);
}
async function A2() {
 let res = [];
 let reqs = [createPromise(), createPromise(), createPromise()];
 for (let i = 0; i< reqs.length; i++) {
   res[i] = await reqs[i];
 }
 console.log('Data', res);
}
async function A3() {
 let res = [];
 let reqs = [9, 9, 9].map(async (item) => {
   let n = await createPromise(item);
   return n + 1;
 });
 for (let i = 0; i< reqs.length; i++) {
   res[i] = await reqs[i];
 }
 console.log('Data', res);
}

function createPromise(n = 10) {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(n);
   }, 1000);
 });
}

2.2 错误处理

一旦 await后面的 Promise转变成 rejected，整个 async函数便会终止。然而很多时候我们不希望因为某个异步操作的失败，就终止整个函数，因此需要进行合理错误处理。注意，这里所说的错误不包括引擎解析或执行的错误，仅仅是状态变为 rejected的 Promise对象。

处理的方式有两种：一是先行包装 Promise对象，使其始终返回一个成功的 Promise。二是使用 try.catch捕获错误。

// A1和A2都执行成，且返回值为10。
A1().then(console.log);
A2().then(console.log);

async function A1() {
 let n;
 n = await createPromise(true);
 return n;
}

async function A2() {
 let n;
 try {
   n = await createPromise(false)
 } catch (e) {
   n = e;
 }
 return n;
}

function createPromise(needCatch) {
 let p = new Promise((resolve, reject) => {
   reject(10);
 });
 return needCatch ? p.catch(err => err) : p;
}

2.3 实现原理

前言中已经提及，A函数是使用G函数进行异步处理的增强版。既然如此，我们就从其改进的方面入手，来看看其基于G函数的实现原理。A函数相对G函数的改进体现在这几个方面：更好的语义，内置执行器和返回值是 Promise。

更好的语义。G函数通过在 function后使用 *来标识此为G函数，而A函数则是在 function前加上 async关键字。在G函数中可以使用 yield命令暂停执行和交出执行权，而A函数是使用 await来等待异步返回结果。很明显， async和 await更为语义化。

// G函数
function* request() {
 let n = yield createPromise();
}

// A函数
async function request() {
 let n = await createPromise();
}

function createPromise() {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(10);
   }, 1000);
 });
}

内置执行器。调用A函数便会一步步自动执行和等待异步操作，直到结束。如果需要使用G函数来自动执行异步操作，需要为其创建一个自执行器。通过自执行器来自动化G函数的执行，其行为与A函数基本相同。可以说，A函数相对G函数最大改进便是内置了自执行器。

// 两者都是每隔一秒钟打印出10，重复两次。
// A函数
A();
async function A() {
 let n1 = await createPromise();
 console.log(n1);
 let n2 = await createPromise();
 console.log(n2);
}

// G函数，使用自执行器执行。
spawn(G);

function* G() {
 let n1 = yield createPromise();
 console.log(n1);
 let n2 = yield createPromise();
 console.log(n2);
}

function spawn(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); });
 });
}

function createPromise() {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(10);
   }, 1000);
 });
}

2.4 执行顺序

在了解A函数内部与包含它外部间的执行顺序前，需要明白两点：一为 Promise的实例方法是推迟到本轮事件末尾才执行的后执行操作，详情请查看链接。二为 Generator函数是通过调用实例方法来切换执行权进而控制程序执行顺序，详情请查看链接。理解好A函数的执行顺序，能更加清楚的把握此三者的存在。

先看以下代码，对比A1、A2和A3方法的结果。

F(A1); // 接连打印出：1 3 4 2 5。
F(A2); // 接连打印出：1 3 2 4 5。
F(A3); // 先打印出：1 3 2，隔两秒后打印出：4 9。

function F(A) {
 console.log(1);
 A().then(console.log);
 console.log(2);
}

async function A1() {
 console.log(3);
 console.log(4);
 return 5;
}

async function A2() {
 console.log(3);
 let n = await 5;
 console.log(4);
 return n;
}

async function A3() {
 console.log(3);
 let n = await createPromise();
 console.log(4);
 return n;
}

function createPromise() {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(9);
   }, 2000);
 });
}

从结果上可归纳出一些表面形态。执行A函数，会即刻执行其函数体，直到遇到 await命令。遇到 await命令后，执行权会转向A函数外部，即不管A函数内部执行而开始执行外部代码。执行完外部代码（本轮事件）后，才继续执行之前 await命令后面的代码。

归纳到此已成功一半，之后着手分析其成因。如果客官您对本楼有所了解，那一定不会忘记‘自执行器’这位大婶吧？估计是忘记了。A函数的本质就是带有自执行器的G函数，所以探究A函数的执行原理就是探究使用自执行器的G函数的执行原理。想起了？

再看下面代码，使用相同逻辑的G函数会得到与A函数相同的结果。

F(A); // 先打印出：1 3 2，隔两秒后打印出：4 9。
F(() => {
 return spawn(G);
}); // 先打印出：1 3 2，隔两秒后打印出：4 9。
 
function F(A) {
 console.log(1);
 A().then(console.log);
 console.log(2);
}

async function A() {
 console.log(3);
 let n = await createPromise();
 console.log(4);
 return n;
}

function* G() {
 console.log(3);
 let n = yield createPromise();
 console.log(4);
 return n;
}

function createPromise() {
 return new Promise(resolve => {
   setTimeout(() => {
     resolve(9);
   }, 2000);
 });
}

function spawn(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); });
 });
}

自动执行G函数时，遇到 yield命令后会使用 Promise.resolve包裹其后的表达式，并为其设置回调函数。无论该 Promise是立刻有了结果还是过某段时间之后，其回调函数都会被推迟到在本轮事件末尾执行。之后再是下一步，再下一步。同样的道理适用于A函数，当遇到 await命令时（此处略去三五字），所以有了如此这般的执行顺序。谢幕。