ECMAScript 6 异步操作和Async函数

异步编程对JavaScript语言太重要。Javascript语言的执行环境是“单线程”的，如果没有异步编程，根本没法用，非卡死不可。

ES6诞生以前，异步编程的方法，大概有下面四种。

  • 回调函数
  • 事件监听
  • 发布/订阅
  • Promise 对象

ES6将JavaScript异步编程带入了一个全新的阶段，ES7的Async函数更是提出了异步编程的终极解决方案。

基本概念

异步

所谓"异步"，简单说就是一个任务分成两段，先执行第一段，然后转而执行其他任务，等做好了准备，再回过头执行第二段。

比如，有一个任务是读取文件进行处理，任务的第一段是向操作系统发出请求，要求读取文件。然后，程序执行其他任务，等到操作系统返回文件，再接着执行任务的第二段（处理文件）。这种不连续的执行，就叫做异步。

相应地，连续的执行就叫做同步。由于是连续执行，不能插入其他任务，所以操作系统从硬盘读取文件的这段时间，程序只能干等着。

回调函数

JavaScript语言对异步编程的实现，就是回调函数。所谓回调函数，就是把任务的第二段单独写在一个函数里面，等到重新执行这个任务的时候，就直接调用这个函数。它的英语名字callback，直译过来就是"重新调用"。

读取文件进行处理，是这样写的。

  1. fs.readFile('/etc/passwd', function (err, data) {
  2.   if (err) throw err;
  3.   console.log(data);
  4. });

上面代码中，readFile函数的第二个参数，就是回调函数，也就是任务的第二段。等到操作系统返回了/etc/passwd这个文件以后，回调函数才会执行。

一个有趣的问题是，为什么Node.js约定，回调函数的第一个参数，必须是错误对象err（如果没有错误，该参数就是null）？原因是执行分成两段，在这两段之间抛出的错误，程序无法捕捉，只能当作参数，传入第二段。

Promise

回调函数本身并没有问题，它的问题出现在多个回调函数嵌套。假定读取A文件之后，再读取B文件，代码如下。

  1. fs.readFile(fileA, function (err, data) {
  2.   fs.readFile(fileB, function (err, data) {
  3.     // ...
  4.   });
  5. });

不难想象，如果依次读取多个文件，就会出现多重嵌套。代码不是纵向发展，而是横向发展，很快就会乱成一团，无法管理。这种情况就称为"回调函数噩梦"（callback hell）。

Promise就是为了解决这个问题而提出的。它不是新的语法功能，而是一种新的写法，允许将回调函数的嵌套，改成链式调用。采用Promise，连续读取多个文件，写法如下。

  1. var readFile = require('fs-readfile-promise');
  3. readFile(fileA)
  4. .then(function(data){
  5.   console.log(data.toString());
  6. })
  7. .then(function(){
  8.   return readFile(fileB);
  9. })
  10. .then(function(data){
  11.   console.log(data.toString());
  12. })
  13. .catch(function(err) {
  14.   console.log(err);
  15. });

上面代码中，我使用了fs-readfile-promise模块，它的作用就是返回一个Promise版本的readFile函数。Promise提供then方法加载回调函数，catch方法捕捉执行过程中抛出的错误。

可以看到，Promise 的写法只是回调函数的改进，使用then方法以后，异步任务的两段执行看得更清楚了，除此以外，并无新意。

Promise 的最大问题是代码冗余，原来的任务被Promise 包装了一下，不管什么操作，一眼看去都是一堆 then，原来的语义变得很不清楚。

那么，有没有更好的写法呢？

Generator函数

协程

传统的编程语言，早有异步编程的解决方案（其实是多任务的解决方案）。其中有一种叫做"协程"（coroutine），意思是多个线程互相协作，完成异步任务。

协程有点像函数，又有点像线程。它的运行流程大致如下。

  • 第一步，协程A开始执行。
  • 第二步，协程A执行到一半，进入暂停，执行权转移到协程B。
  • 第三步，（一段时间后）协程B交还执行权。
  • 第四步，协程A恢复执行。

上面流程的协程A，就是异步任务，因为它分成两段（或多段）执行。

举例来说，读取文件的协程写法如下。

  1. function *asyncJob() {
  2.   // ...其他代码
  3.   var f = yield readFile(fileA);
  4.   // ...其他代码
  5. }

上面代码的函数asyncJob是一个协程，它的奥妙就在其中的yield命令。它表示执行到此处，执行权将交给其他协程。也就是说，yield命令是异步两个阶段的分界线。

协程遇到yield命令就暂停，等到执行权返回，再从暂停的地方继续往后执行。它的最大优点，就是代码的写法非常像同步操作，如果去除yield命令，简直一模一样。

Generator函数的概念

Generator函数是协程在ES6的实现，最大特点就是可以交出函数的执行权（即暂停执行）。

整个Generator函数就是一个封装的异步任务，或者说是异步任务的容器。异步操作需要暂停的地方，都用yield语句注明。Generator函数的执行方法如下。

  1. function* gen(x){
  2.   var y = yield x + 2;
  3.   return y;
  4. }
  6. var g = gen(1);
  7. g.next() // { value: 3, done: false }
  8. g.next() // { value: undefined, done: true }

上面代码中，调用Generator函数，会返回一个内部指针（即遍历器）g 。这是Generator函数不同于普通函数的另一个地方，即执行它不会返回结果，返回的是指针对象。调用指针g的next方法，会移动内部指针（即执行异步任务的第一段），指向第一个遇到的yield语句，上例是执行到x + 2为止。

换言之，next方法的作用是分阶段执行Generator函数。每次调用next方法，会返回一个对象，表示当前阶段的信息（value属性和done属性）。value属性是yield语句后面表达式的值，表示当前阶段的值；done属性是一个布尔值，表示Generator函数是否执行完毕，即是否还有下一个阶段。

Generator函数的数据交换和错误处理

Generator函数可以暂停执行和恢复执行，这是它能封装异步任务的根本原因。除此之外，它还有两个特性，使它可以作为异步编程的完整解决方案：函数体内外的数据交换和错误处理机制。

next方法返回值的value属性，是Generator函数向外输出数据；next方法还可以接受参数，这是向Generator函数体内输入数据。

  1. function* gen(x){
  2.   var y = yield x + 2;
  3.   return y;
  4. }
  6. var g = gen(1);
  7. g.next() // { value: 3, done: false }
  8. g.next(2) // { value: 2, done: true }

上面代码中，第一个next方法的value属性，返回表达式x + 2的值（3）。第二个next方法带有参数2，这个参数可以传入 Generator 函数，作为上个阶段异步任务的返回结果，被函数体内的变量y接收。因此，这一步的 value 属性，返回的就是2（变量y的值）。

Generator 函数内部还可以部署错误处理代码，捕获函数体外抛出的错误。

  1. function* gen(x){
  2.   try {
  3.     var y = yield x + 2;
  4.   } catch (e){
  5.     console.log(e);
  6.   }
  7.   return y;
  8. }
  10. var g = gen(1);
  11. g.next();
  12. g.throw('出错了');
  13. // 出错了

上面代码的最后一行，Generator函数体外，使用指针对象的throw方法抛出的错误，可以被函数体内的try …catch代码块捕获。这意味着，出错的代码与处理错误的代码，实现了时间和空间上的分离，这对于异步编程无疑是很重要的。

异步任务的封装

下面看看如何使用 Generator 函数，执行一个真实的异步任务。

  1. var fetch = require('node-fetch');
  3. function* gen(){
  4.   var url = 'https://api.github.com/users/github';
  5.   var result = yield fetch(url);
  6.   console.log(result.bio);
  7. }

上面代码中，Generator函数封装了一个异步操作，该操作先读取一个远程接口，然后从JSON格式的数据解析信息。就像前面说过的，这段代码非常像同步操作，除了加上了yield命令。

执行这段代码的方法如下。

  1. var g = gen();
  2. var result = g.next();
  4. result.value.then(function(data){
  5.   return data.json();
  6. }).then(function(data){
  7.   g.next(data);
  8. });

上面代码中，首先执行Generator函数，获取遍历器对象，然后使用next 方法（第二行），执行异步任务的第一阶段。由于Fetch模块返回的是一个Promise对象，因此要用then方法调用下一个next 方法。

可以看到，虽然 Generator 函数将异步操作表示得很简洁，但是流程管理却不方便（即何时执行第一阶段、何时执行第二阶段）。

Thunk函数

参数的求值策略

Thunk函数早在上个世纪60年代就诞生了。

那时，编程语言刚刚起步，计算机学家还在研究，编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略"，即函数的参数到底应该何时求值。

  1. var x = 1;
  3. function f(m){
  4.   return m * 2;
  5. }
  7. f(x + 5)

上面代码先定义函数f，然后向它传入表达式x + 5。请问，这个表达式应该何时求值？

一种意见是"传值调用"（call by value），即在进入函数体之前，就计算x + 5的值（等于6），再将这个值传入函数f 。C语言就采用这种策略。

  1. f(x + 5)
  2. // 传值调用时，等同于
  3. f(6)

另一种意见是"传名调用"（call by name），即直接将表达式x + 5传入函数体，只在用到它的时候求值。Haskell语言采用这种策略。

  1. f(x + 5)
  2. // 传名调用时，等同于
  3. (x + 5) * 2

传值调用和传名调用，哪一种比较好？回答是各有利弊。传值调用比较简单，但是对参数求值的时候，实际上还没用到这个参数，有可能造成性能损失。

  1. function f(a, b){
  2.   return b;
  3. }
  5. f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);

上面代码中，函数f的第一个参数是一个复杂的表达式，但是函数体内根本没用到。对这个参数求值，实际上是不必要的。因此，有一些计算机学家倾向于"传名调用"，即只在执行时求值。

Thunk函数的含义

编译器的"传名调用"实现，往往是将参数放到一个临时函数之中，再将这个临时函数传入函数体。这个临时函数就叫做Thunk函数。

  1. function f(m){
  2.   return m * 2;
  3. }
  5. f(x + 5);
  7. // 等同于
  9. var thunk = function () {
  10.   return x + 5;
  11. };
  13. function f(thunk){
  14.   return thunk() * 2;
  15. }

上面代码中，函数f的参数x + 5被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方，对Thunk函数求值即可。

这就是Thunk函数的定义，它是"传名调用"的一种实现策略，用来替换某个表达式。

JavaScript语言的Thunk函数

JavaScript语言是传值调用，它的Thunk函数含义有所不同。在JavaScript语言中，Thunk函数替换的不是表达式，而是多参数函数，将其替换成单参数的版本，且只接受回调函数作为参数。

  1. // 正常版本的readFile（多参数版本）
  2. fs.readFile(fileName, callback);
  4. // Thunk版本的readFile（单参数版本）
  5. var readFileThunk = Thunk(fileName);
  6. readFileThunk(callback);
  8. var Thunk = function (fileName){
  9.   return function (callback){
  10.     return fs.readFile(fileName, callback);
  11.   };
  12. };

上面代码中，fs模块的readFile方法是一个多参数函数，两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理，它变成了一个单参数函数，只接受回调函数作为参数。这个单参数版本，就叫做Thunk函数。

任何函数，只要参数有回调函数，就能写成Thunk函数的形式。下面是一个简单的Thunk函数转换器。

  1. // ES5版本
  2. var Thunk = function(fn){
  3.   return function (){
  4.     var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
  5.     return function (callback){
  6.       args.push(callback);
  7.       return fn.apply(this, args);
  8.     }
  9.   };
  10. };
  12. // ES6版本
  13. var Thunk = function(fn) {
  14.   return function (...args) {
  15.     return function (callback) {
  16.       return fn.call(this, ...args, callback);
  17.     }
  18.   };
  19. };

使用上面的转换器，生成fs.readFile的Thunk函数。

  1. var readFileThunk = Thunk(fs.readFile);
  2. readFileThunk(fileA)(callback);

下面是另一个完整的例子。

  1. function f(a, cb) {
  2.   cb(a);
  3. }
  4. let ft = Thunk(f);
  6. let log = console.log.bind(console);
  7. ft(1)(log) // 1

Thunkify模块

生产环境的转换器，建议使用Thunkify模块。

首先是安装。

  1. $ npm install thunkify

使用方式如下。

  1. var thunkify = require('thunkify');
  2. var fs = require('fs');
  4. var read = thunkify(fs.readFile);
  5. read('package.json')(function(err, str){
  6.   // ...
  7. });

Thunkify的源码与上一节那个简单的转换器非常像。

  1. function thunkify(fn){
  2.   return function(){
  3.     var args = new Array(arguments.length);
  4.     var ctx = this;
  6.     for(var i = 0; i < args.length; ++i) {
  7.       args[i] = arguments[i];
  8.     }
  10.     return function(done){
  11.       var called;
  13.       args.push(function(){
  14.         if (called) return;
  15.         called = true;
  16.         done.apply(null, arguments);
  17.       });
  19.       try {
  20.         fn.apply(ctx, args);
  21.       } catch (err) {
  22.         done(err);
  23.       }
  24.     }
  25.   }
  26. };

它的源码主要多了一个检查机制，变量called确保回调函数只运行一次。这样的设计与下文的Generator函数相关。请看下面的例子。

  1. function f(a, b, callback){
  2.   var sum = a + b;
  3.   callback(sum);
  4.   callback(sum);
  5. }
  7. var ft = thunkify(f);
  8. var print = console.log.bind(console);
  9. ft(1, 2)(print);
  10. // 3

上面代码中，由于thunkify只允许回调函数执行一次，所以只输出一行结果。

Generator 函数的流程管理

你可能会问， Thunk函数有什么用？回答是以前确实没什么用，但是ES6有了Generator函数，Thunk函数现在可以用于Generator函数的自动流程管理。

Generator函数可以自动执行。

  1. function* gen() {
  2.   // ...
  3. }
  5. var g = gen();
  6. var res = g.next();
  8. while(!res.done){
  9.   console.log(res.value);
  10.   res = g.next();
  11. }

上面代码中，Generator函数gen会自动执行完所有步骤。

但是，这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完，才能执行后一步，上面的自动执行就不可行。这时，Thunk函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的Generator函数封装了两个异步操作。

  1. var fs = require('fs');
  2. var thunkify = require('thunkify');
  3. var readFile = thunkify(fs.readFile);
  5. var gen = function* (){
  6.   var r1 = yield readFile('/etc/fstab');
  7.   console.log(r1.toString());
  8.   var r2 = yield readFile('/etc/shells');
  9.   console.log(r2.toString());
  10. };

上面代码中，yield命令用于将程序的执行权移出Generator函数，那么就需要一种方法，将执行权再交还给Generator函数。

这种方法就是Thunk函数，因为它可以在回调函数里，将执行权交还给Generator函数。为了便于理解，我们先看如何手动执行上面这个Generator函数。

  1. var g = gen();
  3. var r1 = g.next();
  4. r1.value(function(err, data){
  5.   if (err) throw err;
  6.   var r2 = g.next(data);
  7.   r2.value(function(err, data){
  8.     if (err) throw err;
  9.     g.next(data);
  10.   });
  11. });

上面代码中，变量g是Generator函数的内部指针，表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步，并返回该步的信息（value属性和done属性）。

仔细查看上面的代码，可以发现Generator函数的执行过程，其实是将同一个回调函数，反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。

Thunk函数的自动流程管理

Thunk函数真正的威力，在于可以自动执行Generator函数。下面就是一个基于Thunk函数的Generator执行器。

  1. function run(fn) {
  2.   var gen = fn();
  4.   function next(err, data) {
  5.     var result = gen.next(data);
  6.     if (result.done) return;
  7.     result.value(next);
  8.   }
  10.   next();
  11. }
  13. function* g() {
  14.   // ...
  15. }
  17. run(g);

上面代码的run函数，就是一个Generator函数的自动执行器。内部的next函数就是Thunk的回调函数。next函数先将指针移到Generator函数的下一步（gen.next方法），然后判断Generator函数是否结束（result.done属性），如果没结束，就将next函数再传入Thunk函数（result.value属性），否则就直接退出。

有了这个执行器，执行Generator函数方便多了。不管内部有多少个异步操作，直接把Generator函数传入run函数即可。当然，前提是每一个异步操作，都要是Thunk函数，也就是说，跟在yield命令后面的必须是Thunk函数。

  1. var g = function* (){
  2.   var f1 = yield readFile('fileA');
  3.   var f2 = yield readFile('fileB');
  4.   // ...
  5.   var fn = yield readFile('fileN');
  6. };
  8. run(g);

上面代码中，函数g封装了n个异步的读取文件操作，只要执行run函数，这些操作就会自动完成。这样一来，异步操作不仅可以写得像同步操作，而且一行代码就可以执行。

Thunk函数并不是Generator函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是，必须有一种机制，自动控制Generator函数的流程，接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点，Promise 对象也可以做到这一点。

co模块

基本用法

co模块是著名程序员TJ Holowaychuk于2013年6月发布的一个小工具，用于Generator函数的自动执行。

比如，有一个Generator函数，用于依次读取两个文件。

  1. var gen = function* (){
  2.   var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  3.   var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  4.   console.log(f1.toString());
  5.   console.log(f2.toString());
  6. };

co模块可以让你不用编写Generator函数的执行器。

  1. var co = require('co');
  2. co(gen);

上面代码中，Generator函数只要传入co函数，就会自动执行。

co函数返回一个Promise对象，因此可以用then方法添加回调函数。

  1. co(gen).then(function (){
  2.   console.log('Generator 函数执行完成');
  3. });

上面代码中，等到Generator函数执行结束，就会输出一行提示。

co模块的原理

为什么co可以自动执行Generator函数？

前面说过，Generator就是一个异步操作的容器。它的自动执行需要一种机制，当异步操作有了结果，能够自动交回执行权。

两种方法可以做到这一点。

（1）回调函数。将异步操作包装成Thunk函数，在回调函数里面交回执行权。

（2）Promise 对象。将异步操作包装成Promise对象，用then方法交回执行权。

co模块其实就是将两种自动执行器（Thunk函数和Promise对象），包装成一个模块。使用co的前提条件是，Generator函数的yield命令后面，只能是Thunk函数或Promise对象。

上一节已经介绍了基于Thunk函数的自动执行器。下面来看，基于Promise对象的自动执行器。这是理解co模块必须的。

基于Promise对象的自动执行

还是沿用上面的例子。首先，把fs模块的readFile方法包装成一个Promise对象。

  1. var fs = require('fs');
  3. var readFile = function (fileName){
  4.   return new Promise(function (resolve, reject){
  5.     fs.readFile(fileName, function(error, data){
  6.       if (error) return reject(error);
  7.       resolve(data);
  8.     });
  9.   });
  10. };
  12. var gen = function* (){
  13.   var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  14.   var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  15.   console.log(f1.toString());
  16.   console.log(f2.toString());
  17. };

然后，手动执行上面的Generator函数。

  1. var g = gen();
  3. g.next().value.then(function(data){
  4.   g.next(data).value.then(function(data){
  5.     g.next(data);
  6.   });
  7. });

手动执行其实就是用then方法，层层添加回调函数。理解了这一点，就可以写出一个自动执行器。

  1. function run(gen){
  2.   var g = gen();
  4.   function next(data){
  5.     var result = g.next(data);
  6.     if (result.done) return result.value;
  7.     result.value.then(function(data){
  8.       next(data);
  9.     });
  10.   }
  12.   next();
  13. }
  15. run(gen);

上面代码中，只要Generator函数还没执行到最后一步，next函数就调用自身，以此实现自动执行。

co模块的源码

co就是上面那个自动执行器的扩展，它的源码只有几十行，非常简单。

首先，co函数接受Generator函数作为参数，返回一个 Promise 对象。

  1. function co(gen) {
  2.   var ctx = this;
  4.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  5.   });
  6. }

在返回的Promise对象里面，co先检查参数gen是否为Generator函数。如果是，就执行该函数，得到一个内部指针对象；如果不是就返回，并将Promise对象的状态改为resolved。

  1. function co(gen) {
  2.   var ctx = this;
  4.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  5.     if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
  6.     if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);
  7.   });
  8. }

接着，co将Generator函数的内部指针对象的next方法，包装成onFulfilled函数。这主要是为了能够捕捉抛出的错误。

  1. function co(gen) {
  2.   var ctx = this;
  4.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  5.     if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
  6.     if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);
  8.     onFulfilled();
  9.     function onFulfilled(res) {
  10.       var ret;
  11.       try {
  12.         ret = gen.next(res);
  13.       } catch (e) {
  14.         return reject(e);
  15.       }
  16.       next(ret);
  17.     }
  18.   });
  19. }

最后，就是关键的next函数，它会反复调用自身。

  1. function next(ret) {
  2.   if (ret.done) return resolve(ret.value);
  3.   var value = toPromise.call(ctx, ret.value);
  4.   if (value && isPromise(value)) return value.then(onFulfilled, onRejected);
  5.   return onRejected(new TypeError('You may only yield a function, promise, generator, array, or object, '
  6.     + 'but the following object was passed: "' + String(ret.value) + '"'));
  7. }

上面代码中，next 函数的内部代码，一共只有四行命令。

第一行，检查当前是否为 Generator 函数的最后一步，如果是就返回。

第二行，确保每一步的返回值，是 Promise 对象。

第三行，使用 then 方法，为返回值加上回调函数，然后通过 onFulfilled 函数再次调用 next 函数。

第四行，在参数不符合要求的情况下（参数非 Thunk 函数和 Promise 对象），将 Promise 对象的状态改为 rejected，从而终止执行。

处理并发的异步操作

co支持并发的异步操作，即允许某些操作同时进行，等到它们全部完成，才进行下一步。

这时，要把并发的操作都放在数组或对象里面，跟在yield语句后面。

  1. // 数组的写法
  2. co(function* () {
  3.   var res = yield [
  4.     Promise.resolve(1),
  5.     Promise.resolve(2)
  6.   ];
  7.   console.log(res);
  8. }).catch(onerror);
  10. // 对象的写法
  11. co(function* () {
  12.   var res = yield {
  13.     1: Promise.resolve(1),
  14.     2: Promise.resolve(2),
  15.   };
  16.   console.log(res);
  17. }).catch(onerror);

下面是另一个例子。

  1. co(function* () {
  2.   var values = [n1, n2, n3];
  3.   yield values.map(somethingAsync);
  4. });
  6. function* somethingAsync(x) {
  7.   // do something async
  8.   return y
  9. }

上面的代码允许并发三个somethingAsync异步操作，等到它们全部完成，才会进行下一步。

async函数

含义

ES7提供了async函数，使得异步操作变得更加方便。async函数是什么？一句话，async函数就是Generator函数的语法糖。

前文有一个Generator函数，依次读取两个文件。

  1. var fs = require('fs');
  3. var readFile = function (fileName) {
  4.   return new Promise(function (resolve, reject) {
  5.     fs.readFile(fileName, function(error, data) {
  6.       if (error) reject(error);
  7.       resolve(data);
  8.     });
  9.   });
  10. };
  12. var gen = function* (){
  13.   var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  14.   var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  15.   console.log(f1.toString());
  16.   console.log(f2.toString());
  17. };

写成async函数，就是下面这样。

  1. var asyncReadFile = async function (){
  2.   var f1 = await readFile('/etc/fstab');
  3.   var f2 = await readFile('/etc/shells');
  4.   console.log(f1.toString());
  5.   console.log(f2.toString());
  6. };

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，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。

  1. var result = asyncReadFile();

上面的代码调用了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co模块，才能得到真正执行，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）更广的适用性。 co模块约定，yield命令后面只能是Thunk函数或Promise对象，而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，但这时等同于同步操作）。

（4）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。

语法

async函数的语法规则总体上比较简单，难点是错误处理机制。

（1）async函数返回一个Promise对象。

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。

  1. async function f() {
  2.   return 'hello world';
  3. }
  5. f().then(v => console.log(v))
  6. // "hello world"

上面代码中，函数f内部return命令返回的值，会被then方法回调函数接收到。

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。

  1. async function f() {
  2.   throw new Error('出错了');
  3. }
  5. f().then(
  6.   v => console.log(v),
  7.   e => console.log(e)
  8. )
  9. // Error: 出错了

（2）async函数返回的Promise对象，必须等到内部所有await命令的Promise对象执行完，才会发生状态改变。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。

下面是一个例子。

  1. async function getTitle(url) {
  2.   let response = await fetch(url);
  3.   let html = await response.text();
  4.   return html.match(//i)[1];
  5. }
  6. getTitle('https://tc39.github.io/ecma262/').then(console.log)
  7. // "ECMAScript 2017 Language Specification"

（3）正常情况下，await命令后面是一个Promise对象。如果不是，会被转成一个立即resolve的Promise对象。

  1. async function f() {
  2.   return await 123;
  3. }
  5. f().then(v => console.log(v))
  6. // 123

上面代码中，await命令的参数是数值123，它被转成Promise对象，并立即resolve。

await命令后面的Promise对象如果变为reject状态，则reject的参数会被catch方法的回调函数接收到。

  1. async function f() {
  2.   await Promise.reject('出错了');
  3. }
  5. f()
  6. .then(v => console.log(v))
  7. .catch(e => console.log(e))
  8. // 出错了

注意，上面代码中，await语句前面没有return，但是reject方法的参数依然传入了catch方法的回调函数。这里如果在await前面加上return，效果是一样的。

只要一个await语句后面的Promise变为reject，那么整个async函数都会中断执行。

  1. async function f() {
  2.   await Promise.reject('出错了');
  3.   await Promise.resolve('hello world'); // 不会执行
  4. }

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。

为了避免这个问题，可以将第一个await放在try…catch结构里面，这样第二个await就会执行。

  1. async function f() {
  2.   try {
  3.     await Promise.reject('出错了');
  4.   } catch(e) {
  5.   }
  6.   return await Promise.resolve('hello world');
  7. }
  9. f()
  10. .then(v => console.log(v))
  11. // hello world

另一种方法是await后面的Promise对象再跟一个catch方面，处理前面可能出现的错误。

  1. async function f() {
  2.   await Promise.reject('出错了')
  3.     .catch(e => console.log(e));
  4.   return await Promise.resolve('hello world');
  5. }
  7. f()
  8. .then(v => console.log(v))
  9. // 出错了
  10. // hello world

如果有多个await命令，可以统一放在try…catch结构中。

  1. async function main() {
  2.   try {
  3.     var val1 = await firstStep();
  4.     var val2 = await secondStep(val1);
  5.     var val3 = await thirdStep(val1, val2);
  7.     console.log('Final: ', val3);
  8.   }
  9.   catch (err) {
  10.     console.error(err);
  11.   }
  12. }

（4）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。

  1. async function f() {
  2.   await new Promise(function (resolve, reject) {
  3.     throw new Error('出错了');
  4.   });
  5. }
  7. f()
  8. .then(v => console.log(v))
  9. .catch(e => console.log(e))
  10. // Error：出错了

上面代码中，async函数f执行后，await后面的Promise对象会抛出一个错误对象，导致catch方法的回调函数被调用，它的参数就是抛出的错误对象。具体的执行机制，可以参考后文的“async函数的实现”。

防止出错的方法，也是将其放在try…catch代码块之中。

  1. async function f() {
  2.   try {
  3.     await new Promise(function (resolve, reject) {
  4.       throw new Error('出错了');
  5.     });
  6.   } catch(e) {
  7.   }
  8.   return await('hello world');
  9. }

async函数的实现

async 函数的实现，就是将 Generator 函数和自动执行器，包装在一个函数里。

  1. async function fn(args){
  2.   // ...
  3. }
  5. // 等同于
  7. function fn(args){
  8.   return spawn(function*() {
  9.     // ...
  10.   });
  11. }

所有的async函数都可以写成上面的第二种形式，其中的 spawn 函数就是自动执行器。

下面给出spawn函数的实现，基本就是前文自动执行器的翻版。

  1. function spawn(genF) {
  2.   return new Promise(function(resolve, reject) {
  3.     var gen = genF();
  4.     function step(nextF) {
  5.       try {
  6.         var next = nextF();
  7.       } catch(e) {
  8.         return reject(e);
  9.       }
  10.       if(next.done) {
  11.         return resolve(next.value);
  12.       }
  13.       Promise.resolve(next.value).then(function(v) {
  14.         step(function() { return gen.next(v); });
  15.       }, function(e) {
  16.         step(function() { return gen.throw(e); });
  17.       });
  18.     }
  19.     step(function() { return gen.next(undefined); });
  20.   });
  21. }

async函数是非常新的语法功能，新到都不属于 ES6，而是属于 ES7。目前，它仍处于提案阶段，但是转码器Babel和regenerator都已经支持，转码后就能使用。

async 函数的用法

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，等到触发的异步操作完成，再接着执行函数体内后面的语句。

下面是一个例子。

  1. async function getStockPriceByName(name) {
  2.   var symbol = await getStockSymbol(name);
  3.   var stockPrice = await getStockPrice(symbol);
  4.   return stockPrice;
  5. }
  7. getStockPriceByName('goog').then(function (result) {
  8.   console.log(result);
  9. });

上面代码是一个获取股票报价的函数，函数前面的async关键字，表明该函数内部有异步操作。调用该函数时，会立即返回一个Promise对象。

下面的例子，指定多少毫秒后输出一个值。

  1. function timeout(ms) {
  2.   return new Promise((resolve) => {
  3.     setTimeout(resolve, ms);
  4.   });
  5. }
  7. async function asyncPrint(value, ms) {
  8.   await timeout(ms);
  9.   console.log(value)
  10. }
  12. asyncPrint('hello world', 50);

上面代码指定50毫秒以后，输出"hello world"。

Async函数有多种使用形式。

  1. // 函数声明
  2. async function foo() {}
  4. // 函数表达式
  5. const foo = async function () {};
  7. // 对象的方法
  8. let obj = { async foo() {} };
  10. // 箭头函数
  11. const foo = async () => {};

注意点

第一点，await命令后面的Promise对象，运行结果可能是rejected，所以最好把await命令放在try…catch代码块中。

  1. async function myFunction() {
  2.   try {
  3.     await somethingThatReturnsAPromise();
  4.   } catch (err) {
  5.     console.log(err);
  6.   }
  7. }
  9. // 另一种写法
  11. async function myFunction() {
  12.   await somethingThatReturnsAPromise()
  13.   .catch(function (err) {
  14.     console.log(err);
  15.   };
  16. }

第二点，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。

  1. let foo = await getFoo();
  2. 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。

  1. // 写法一
  2. let [foo, bar] = await Promise.all([getFoo(), getBar()]);
  4. // 写法二
  5. let fooPromise = getFoo();
  6. let barPromise = getBar();
  7. let foo = await fooPromise;
  8. 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。

  1. async function dbFuc(db) {
  2.   let docs = [{}, {}, {}];
  4.   // 报错
  5.   docs.forEach(function (doc) {
  6.     await db.post(doc);
  7.   });
  8. }

上面代码会报错，因为await用在普通函数之中了。但是，如果将forEach方法的参数改成async函数，也有问题。

  1. async function dbFuc(db) {
  2.   let docs = [{}, {}, {}];
  4.   // 可能得到错误结果
  5.   docs.forEach(async function (doc) {
  6.     await db.post(doc);
  7.   });
  8. }

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，而不是继发执行。正确的写法是采用for循环。

  1. async function dbFuc(db) {
  2.   let docs = [{}, {}, {}];
  4.   for (let doc of docs) {
  5.     await db.post(doc);
  6.   }
  7. }

如果确实希望多个请求并发执行，可以使用Promise.all方法。

  1. async function dbFuc(db) {
  2.   let docs = [{}, {}, {}];
  3.   let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
  5.   let results = await Promise.all(promises);
  6.   console.log(results);
  7. }
  9. // 或者使用下面的写法
  11. async function dbFuc(db) {
  12.   let docs = [{}, {}, {}];
  13.   let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
  15.   let results = [];
  16.   for (let promise of promises) {
  17.     results.push(await promise);
  18.   }
  19.   console.log(results);
  20. }

ES6将await增加为保留字。使用这个词作为标识符，在ES5是合法的，在ES6将抛出SyntaxError。

与Promise、Generator的比较

我们通过一个例子，来看Async函数与Promise、Generator函数的区别。

假定某个DOM元素上面，部署了一系列的动画，前一个动画结束，才能开始后一个。如果当中有一个动画出错，就不再往下执行，返回上一个成功执行的动画的返回值。

首先是Promise的写法。

  1. function chainAnimationsPromise(elem, animations) {
  3.   // 变量ret用来保存上一个动画的返回值
  4.   var ret = null;
  6.   // 新建一个空的Promise
  7.   var p = Promise.resolve();
  9.   // 使用then方法，添加所有动画
  10.   for(var anim of animations) {
  11.     p = p.then(function(val) {
  12.       ret = val;
  13.       return anim(elem);
  14.     });
  15.   }
  17.   // 返回一个部署了错误捕捉机制的Promise
  18.   return p.catch(function(e) {
  19.     /* 忽略错误，继续执行 */
  20.   }).then(function() {
  21.     return ret;
  22.   });
  24. }

虽然Promise的写法比回调函数的写法大大改进，但是一眼看上去，代码完全都是Promise的API（then、catch等等），操作本身的语义反而不容易看出来。

接着是Generator函数的写法。

  1. function chainAnimationsGenerator(elem, animations) {
  3.   return spawn(function*() {
  4.     var ret = null;
  5.     try {
  6.       for(var anim of animations) {
  7.         ret = yield anim(elem);
  8.       }
  9.     } catch(e) {
  10.       /* 忽略错误，继续执行 */
  11.     }
  12.     return ret;
  13.   });
  15. }

上面代码使用Generator函数遍历了每个动画，语义比Promise写法更清晰，用户定义的操作全部都出现在spawn函数的内部。这个写法的问题在于，必须有一个任务运行器，自动执行Generator函数，上面代码的spawn函数就是自动执行器，它返回一个Promise对象，而且必须保证yield语句后面的表达式，必须返回一个Promise。

最后是Async函数的写法。

  1. async function chainAnimationsAsync(elem, animations) {
  2.   var ret = null;
  3.   try {
  4.     for(var anim of animations) {
  5.       ret = await anim(elem);
  6.     }
  7.   } catch(e) {
  8.     /* 忽略错误，继续执行 */
  9.   }
  10.   return ret;
  11. }

可以看到Async函数的实现最简洁，最符合语义，几乎没有语义不相关的代码。它将Generator写法中的自动执行器，改在语言层面提供，不暴露给用户，因此代码量最少。如果使用Generator写法，自动执行器需要用户自己提供。