ES2017 标准引入了 async 函数,使得异步操作变得更加方便。
async 函数是什么?一句话,它就是 Generator 函数的语法糖。
前文有一个 Generator 函数,依次读取两个文件。
const fs = require('fs');
const readFile = function (fileName) {
return new Promise(function (resolve, reject) {
fs.readFile(fileName, function(error, data) {
if (error) return reject(error);
resolve(data);
});
});
};
const gen = function* () {
const f1 = yield readFile('/etc/fstab');
const f2 = yield readFile('/etc/shells');
console.log(f1.toString());
console.log(f2.toString());
};
上面代码的函数gen
可以写成async
函数,就是下面这样。
const asyncReadFile = async function () {
const f1 = await readFile('/etc/fstab');
const f2 = await readFile('/etc/shells');
console.log(f1.toString());
console.log(f2.toString());
};
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。
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,但这时会自动转成立即 resolved 的 Promise 对象)。
(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。
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。
async function getStockPriceByName(name) {
const symbol = await getStockSymbol(name);
const stockPrice = await getStockPrice(symbol);
return stockPrice;
}
getStockPriceByName('goog').then(function (result) {
console.log(result);
});
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。
下面是另一个例子,指定多少毫秒后输出一个值。
function timeout(ms) {
return new Promise((resolve) => {
setTimeout(resolve, ms);
});
}
async function asyncPrint(value, ms) {
await timeout(ms);
console.log(value);
}
asyncPrint('hello world', 50);
上面代码指定 50 毫秒以后,输出hello world
。
由于async
函数返回的是 Promise 对象,可以作为await
命令的参数。所以,上面的例子也可以写成下面的形式。
async function timeout(ms) {
await new Promise((resolve) => {
setTimeout(resolve, ms);
});
}
async function asyncPrint(value, ms) {
await timeout(ms);
console.log(value);
}
asyncPrint('hello world', 50);
async 函数有多种使用形式。
// 函数声明
async function foo() {}
// 函数表达式
const foo = async function () {};
// 对象的方法
let obj = { async foo() {} };
obj.foo().then(...)
// Class 的方法
class Storage {
constructor() {
this.cachePromise = caches.open('avatars');
}
async getAvatar(name) {
const cache = await this.cachePromise;
return cache.match(`/avatars/${name}.jpg`);
}
}
const storage = new Storage();
storage.getAvatar('jake').then(…);
// 箭头函数
const foo = async () => {};
async
函数的语法规则总体上比较简单,难点是错误处理机制。
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。
async function f() {
return 'hello world';
}
f().then(v => console.log(v))
// "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。
async function f() {
throw new Error('出错了');
}
f().then(
v => console.log('resolve', v),
e => console.log('reject', e)
)
//reject Error: 出错了
async
函数返回的 Promise 对象,必须等到内部所有await
命令后面的 Promise 对象执行完,才会发生状态改变,除非遇到return
语句或者抛出错误。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。
async function getTitle(url) {
let response = await fetch(url);
let html = await response.text();
return html.match(/<title>([\s\S]+)<\/title>/i)[1];
}
getTitle('https://tc39.github.io/ecma262/').then(console.log)
// "ECMAScript 2017 Language Specification"
上面代码中,函数getTitle
内部有三个操作:抓取网页、取出文本、匹配页面标题。只有这三个操作全部完成,才会执行then
方法里面的console.log
。
正常情况下,await
命令后面是一个 Promise 对象,返回该对象的结果。如果不是 Promise 对象,就直接返回对应的值。
async function f() {
// 等同于
// return 123;
return await 123;
}
f().then(v => console.log(v))
// 123
上面代码中,await
命令的参数是数值123
,这时等同于return 123
。
另一种情况是,await
命令后面是一个thenable
对象(即定义了then
方法的对象),那么await
会将其等同于 Promise 对象。
class Sleep {
constructor(timeout) {
this.timeout = timeout;
}
then(resolve, reject) {
const startTime = Date.now();
setTimeout(
() => resolve(Date.now() - startTime),
this.timeout
);
}
}
(async () => {
const sleepTime = await new Sleep(1000);
console.log(sleepTime);
})();
// 1000
上面代码中,await
命令后面是一个Sleep
对象的实例。这个实例不是 Promise 对象,但是因为定义了then
方法,await
会将其视为Promise
处理。
这个例子还演示了如何实现休眠效果。JavaScript 一直没有休眠的语法,但是借助await
命令就可以让程序停顿指定的时间。下面给出了一个简化的sleep
实现。
function sleep(interval) {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(resolve, interval);
})
}
// 用法
async function one2FiveInAsync() {
for(let i = 1; i <= 5; i++) {
console.log(i);
await sleep(1000);
}
}
one2FiveInAsync();
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。
async function f() {
await Promise.reject('出错了');
}
f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))
// 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。
任何一个await
语句后面的 Promise 对象变为reject
状态,那么整个async
函数都会中断执行。
async function f() {
await Promise.reject('出错了');
await Promise.resolve('hello world'); // 不会执行
}
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
。
有时,我们希望即使前一个异步操作失败,也不要中断后面的异步操作。这时可以将第一个await
放在try...catch
结构里面,这样不管这个异步操作是否成功,第二个await
都会执行。
async function f() {
try {
await Promise.reject('出错了');
} catch(e) {
}
return await Promise.resolve('hello world');
}
f()
.then(v => console.log(v))
// hello world
另一种方法是await
后面的 Promise 对象再跟一个catch
方法,处理前面可能出现的错误。
async function f() {
await Promise.reject('出错了')
.catch(e => console.log(e));
return await Promise.resolve('hello world');
}
f()
.then(v => console.log(v))
// 出错了
// hello world
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
。
async function f() {
await new Promise(function (resolve, reject) {
throw new Error('出错了');
});
}
f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))
// 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 函数的实现原理”。
防止出错的方法,也是将其放在try...catch
代码块之中。
async function f() {
try {
await new Promise(function (resolve, reject) {
throw new Error('出错了');
});
} catch(e) {
}
return await('hello world');
}
如果有多个await
命令,可以统一放在try...catch
结构中。
async function main() {
try {
const val1 = await firstStep();
const val2 = await secondStep(val1);
const val3 = await thirdStep(val1, val2);
console.log('Final: ', val3);
}
catch (err) {
console.error(err);
}
}
下面的例子使用try...catch
结构,实现多次重复尝试。
const superagent = require('superagent');
const NUM_RETRIES = 3;
async function test() {
let i;
for (i = 0; i < NUM_RETRIES; ++i) {
try {
await superagent.get('https://google.com/this-throws-an-error');
break;
} catch(err) {}
}
console.log(i); // 3
}
test();
上面代码中,如果await
操作成功,就会使用break
语句退出循环;如果失败,会被catch
语句捕捉,然后进入下一轮循环。
第一点,前面已经说过,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。
async function myFunction() {
try {
await somethingThatReturnsAPromise();
} catch (err) {
console.log(err);
}
}
// 另一种写法
async function myFunction() {
await somethingThatReturnsAPromise()
.catch(function (err) {
console.log(err);
});
}
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。
let foo = await getFoo();
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。
// 写法一
let [foo, bar] = await Promise.all([getFoo(), getBar()]);
// 写法二
let fooPromise = getFoo();
let barPromise = getBar();
let foo = await fooPromise;
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。
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
// 报错
docs.forEach(function (doc) {
await db.post(doc);
});
}
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。
function dbFuc(db) { //这里不需要 async
let docs = [{}, {}, {}];
// 可能得到错误结果
docs.forEach(async function (doc) {
await db.post(doc);
});
}
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。
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
for (let doc of docs) {
await db.post(doc);
}
}
另一种方法是使用数组的reduce()
方法。
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
await docs.reduce(async (_, doc) => {
await _;
await db.post(doc);
}, undefined);
}
上面例子中,reduce()
方法的第一个参数是async
函数,导致该函数的第一个参数是前一步操作返回的 Promise 对象,所以必须使用await
等待它操作结束。另外,reduce()
方法返回的是docs
数组最后一个成员的async
函数的执行结果,也是一个 Promise 对象,导致在它前面也必须加上await
。
上面的reduce()
的参数函数里面没有return
语句,原因是这个函数的主要目的是db.post()
操作,不是返回值。而且async
函数不管有没有return
语句,总是返回一个 Promise 对象,所以这里的return
是不必要的。
如果确实希望多个请求并发执行,可以使用Promise.all
方法。当三个请求都会resolved
时,下面两种写法效果相同。
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
let results = await Promise.all(promises);
console.log(results);
}
// 或者使用下面的写法
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
let results = [];
for (let promise of promises) {
results.push(await promise);
}
console.log(results);
}
第四点,async 函数可以保留运行堆栈。
const a = () => {
b().then(() => c());
};
上面代码中,函数a
内部运行了一个异步任务b()
。当b()
运行的时候,函数a()
不会中断,而是继续执行。等到b()
运行结束,可能a()
早就运行结束了,b()
所在的上下文环境已经消失了。如果b()
或c()
报错,错误堆栈将不包括a()
。
现在将这个例子改成async
函数。
const a = async () => {
await b();
c();
};
上面代码中,b()
运行的时候,a()
是暂停执行,上下文环境都保存着。一旦b()
或c()
报错,错误堆栈将包括a()
。
async 函数的实现原理,就是将 Generator 函数和自动执行器,包装在一个函数里。
async function fn(args) {
// ...
}
// 等同于
function fn(args) {
return spawn(function* () {
// ...
});
}
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。
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); });
});
}
我们通过一个例子,来看 async 函数与 Promise、Generator 函数的比较。
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。
function chainAnimationsPromise(elem, animations) {
// 变量ret用来保存上一个动画的返回值
let ret = null;
// 新建一个空的Promise
let p = Promise.resolve();
// 使用then方法,添加所有动画
for(let anim of animations) {
p = p.then(function(val) {
ret = val;
return anim(elem);
});
}
// 返回一个部署了错误捕捉机制的Promise
return p.catch(function(e) {
/* 忽略错误,继续执行 */
}).then(function() {
return ret;
});
}
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。
function chainAnimationsGenerator(elem, animations) {
return spawn(function*() {
let ret = null;
try {
for(let anim of animations) {
ret = yield anim(elem);
}
} catch(e) {
/* 忽略错误,继续执行 */
}
return ret;
});
}
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。
async function chainAnimationsAsync(elem, animations) {
let ret = null;
try {
for(let anim of animations) {
ret = await anim(elem);
}
} catch(e) {
/* 忽略错误,继续执行 */
}
return ret;
}
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。
实际开发中,经常遇到一组异步操作,需要按照顺序完成。比如,依次远程读取一组 URL,然后按照读取的顺序输出结果。
Promise 的写法如下。
function logInOrder(urls) {
// 远程读取所有URL
const textPromises = urls.map(url => {
return fetch(url).then(response => response.text());
});
// 按次序输出
textPromises.reduce((chain, textPromise) => {
return chain.then(() => textPromise)
.then(text => console.log(text));
}, Promise.resolve());
}
上面代码使用fetch
方法,同时远程读取一组 URL。每个fetch
操作都返回一个 Promise 对象,放入textPromises
数组。然后,reduce
方法依次处理每个 Promise 对象,然后使用then
,将所有 Promise 对象连起来,因此就可以依次输出结果。
这种写法不太直观,可读性比较差。下面是 async 函数实现。
async function logInOrder(urls) {
for (const url of urls) {
const response = await fetch(url);
console.log(await response.text());
}
}
上面代码确实大大简化,问题是所有远程操作都是继发。只有前一个 URL 返回结果,才会去读取下一个 URL,这样做效率很差,非常浪费时间。我们需要的是并发发出远程请求。
async function logInOrder(urls) {
// 并发读取远程URL
const textPromises = urls.map(async url => {
const response = await fetch(url);
return response.text();
});
// 按次序输出
for (const textPromise of textPromises) {
console.log(await textPromise);
}
}
上面代码中,虽然map
方法的参数是async
函数,但它是并发执行的,因为只有async
函数内部是继发执行,外部不受影响。后面的for..of
循环内部使用了await
,因此实现了按顺序输出。
早期的语法规定是,await
命令只能出现在 async 函数内部,否则都会报错。
// 报错
const data = await fetch('https://api.example.com');
上面代码中,await
命令独立使用,没有放在 async 函数里面,就会报错。
从 ES2022 开始,允许在模块的顶层独立使用await
命令,使得上面那行代码不会报错了。它的主要目的是使用await
解决模块异步加载的问题。
// awaiting.js
let output;
async function main() {
const dynamic = await import(someMission);
const data = await fetch(url);
output = someProcess(dynamic.default, data);
}
main();
export { output };
上面代码中,模块awaiting.js
的输出值output
,取决于异步操作。我们把异步操作包装在一个 async 函数里面,然后调用这个函数,只有等里面的异步操作都执行,变量output
才会有值,否则就返回undefined
。
下面是加载这个模块的写法。
// usage.js
import { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100)), 1000);
上面代码中,outputPlusValue()
的执行结果,完全取决于执行的时间。如果awaiting.js
里面的异步操作没执行完,加载进来的output
的值就是undefined
。
目前的解决方法,就是让原始模块输出一个 Promise 对象,从这个 Promise 对象判断异步操作有没有结束。
// awaiting.js
let output;
export default (async function main() {
const dynamic = await import(someMission);
const data = await fetch(url);
output = someProcess(dynamic.default, data);
})();
export { output };
上面代码中,awaiting.js
除了输出output
,还默认输出一个 Promise 对象(async 函数立即执行后,返回一个 Promise 对象),从这个对象判断异步操作是否结束。
下面是加载这个模块的新的写法。
// usage.js
import promise, { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
promise.then(() => {
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100)), 1000);
});
上面代码中,将awaiting.js
对象的输出,放在promise.then()
里面,这样就能保证异步操作完成以后,才去读取output
。
这种写法比较麻烦,等于要求模块的使用者遵守一个额外的使用协议,按照特殊的方法使用这个模块。一旦你忘了要用 Promise 加载,只使用正常的加载方法,依赖这个模块的代码就可能出错。而且,如果上面的usage.js
又有对外的输出,等于这个依赖链的所有模块都要使用 Promise 加载。
顶层的await
命令,就是为了解决这个问题。它保证只有异步操作完成,模块才会输出值。
// awaiting.js
const dynamic = import(someMission);
const data = fetch(url);
export const output = someProcess((await dynamic).default, await data);
上面代码中,两个异步操作在输出的时候,都加上了await
命令。只有等到异步操作完成,这个模块才会输出值。
加载这个模块的写法如下。
// usage.js
import { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100)), 1000);
上面代码的写法,与普通的模块加载完全一样。也就是说,模块的使用者完全不用关心,依赖模块的内部有没有异步操作,正常加载即可。
这时,模块的加载会等待依赖模块(上例是awaiting.js
)的异步操作完成,才执行后面的代码,有点像暂停在那里。所以,它总是会得到正确的output
,不会因为加载时机的不同,而得到不一样的值。
注意,顶层await
只能用在 ES6 模块,不能用在 CommonJS 模块。这是因为 CommonJS 模块的require()
是同步加载,如果有顶层await
,就没法处理加载了。
下面是顶层await
的一些使用场景。
// import() 方法加载
const strings = await import(`/i18n/${navigator.language}`);
// 数据库操作
const connection = await dbConnector();
// 依赖回滚
let jQuery;
try {
jQuery = await import('https://cdn-a.com/jQuery');
} catch {
jQuery = await import('https://cdn-b.com/jQuery');
}
注意,如果加载多个包含顶层await
命令的模块,加载命令是同步执行的。
// x.js
console.log("X1");
await new Promise(r => setTimeout(r, 1000));
console.log("X2");
// y.js
console.log("Y");
// z.js
import "./x.js";
import "./y.js";
console.log("Z");
上面代码有三个模块,最后的z.js
加载x.js
和y.js
,打印结果是X1
、Y
、X2
、Z
。这说明,z.js
并没有等待x.js
加载完成,再去加载y.js
。
顶层的await
命令有点像,交出代码的执行权给其他的模块加载,等异步操作完成后,再拿回执行权,继续向下执行。