理解 JavaScript 的 async/await

隨著 Node 7 的發(fā)布，越來(lái)越多的人開(kāi)始研究據(jù)說(shuō)是異步編程終級(jí)解決方案的 async/await。我第一次看到這組關(guān)鍵字并不是在 JavaScript 語(yǔ)言里，而是在 c# 5.0 的語(yǔ)法中。C# 的 async/await 需要在 .NET Framework 4.5 以上的版本中使用，因此我還很悲傷了一陣——為了要兼容 XP 系統(tǒng)，我們開(kāi)發(fā)的軟件不能使用高于 4.0 版本的 .NET Framework。

我之前在《閑談異步調(diào)用“扁平”化》 中就談到了這個(gè)問(wèn)題。無(wú)論是在 C# 還是 JavaScript 中，async/await 都是非常棒的特性，它們也都是非常甜的語(yǔ)法糖。C# 的 async/await 實(shí)現(xiàn)離不開(kāi) Task 或 Task<Result> 類(lèi)，而 JavaScript 的 async/await 實(shí)現(xiàn)，也離不開(kāi) Promise。

現(xiàn)在拋開(kāi) C# 和 .NET Framework，專(zhuān)心研究下 JavaScript 的 async/await。

async 和 await 在干什么

任意一個(gè)名稱(chēng)都是有意義的，先從字面意思來(lái)理解。async 是“異步”的簡(jiǎn)寫(xiě)，而 await 可以認(rèn)為是 async wait 的簡(jiǎn)寫(xiě)。所以應(yīng)該很好理解 async 用于申明一個(gè) function 是異步的，而 await 用于等待一個(gè)異步方法執(zhí)行完成。

另外還有一個(gè)很有意思的語(yǔ)法規(guī)定，await 只能出現(xiàn)在 async 函數(shù)中。然后細(xì)心的朋友會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)，如果 await 只能出現(xiàn)在 async 函數(shù)中，那這個(gè) async 函數(shù)應(yīng)該怎么調(diào)用？

如果需要通過(guò) await 來(lái)調(diào)用一個(gè) async 函數(shù)，那這個(gè)調(diào)用的外面必須得再包一個(gè) async 函數(shù)，然后……進(jìn)入死循環(huán)，永無(wú)出頭之日……

如果 async 函數(shù)不需要 await 來(lái)調(diào)用，那 async 到底起個(gè)啥作用？

async 起什么作用

這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于，async 函數(shù)是怎么處理它的返回值的！

我們當(dāng)然希望它能直接通過(guò) return 語(yǔ)句返回我們想要的值，但是如果真是這樣，似乎就沒(méi) await 什么事了。所以，寫(xiě)段代碼來(lái)試試，看它到底會(huì)返回什么：

async function testAsync() {
    return "hello async";
}

const result = testAsync();
console.log(result);

看到輸出就恍然大悟了——輸出的是一個(gè) Promise 對(duì)象。

c:\var\test> node --harmony_async_await .
Promise { 'hello async' }

所以，async 函數(shù)返回的是一個(gè) Promise 對(duì)象。從文檔中也可以得到這個(gè)信息。async 函數(shù)（包含函數(shù)語(yǔ)句、函數(shù)表達(dá)式、Lambda表達(dá)式）會(huì)返回一個(gè) Promise 對(duì)象，如果在函數(shù)中 return 一個(gè)直接量，async 會(huì)把這個(gè)直接量通過(guò) Promise.resolve() 封裝成 Promise 對(duì)象。

async 函數(shù)返回的是一個(gè) Promise 對(duì)象，所以在最外層不能用 await 獲取其返回值的情況下，我們當(dāng)然應(yīng)該用原來(lái)的方式：then() 鏈來(lái)處理這個(gè) Promise 對(duì)象，就像這樣

testAsync().then(v => {
    console.log(v);    // 輸出 hello async
});

現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)想下，如果 async 函數(shù)沒(méi)有返回值，又該如何？很容易想到，它會(huì)返回 Promise.resolve(undefined)。

聯(lián)想一下 Promise 的特點(diǎn)——無(wú)等待，所以在沒(méi)有 await 的情況下執(zhí)行 async 函數(shù)，它會(huì)立即執(zhí)行，返回一個(gè) Promise 對(duì)象，并且，絕不會(huì)阻塞后面的語(yǔ)句。這和普通返回 Promise 對(duì)象的函數(shù)并無(wú)二致。

那么下一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就在于 await 關(guān)鍵字了。

await 到底在等啥

一般來(lái)說(shuō)，都認(rèn)為 await 是在等待一個(gè) async 函數(shù)完成。不過(guò)按語(yǔ)法說(shuō)明，await 等待的是一個(gè)表達(dá)式，這個(gè)表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果是 Promise 對(duì)象或者其它值（換句話說(shuō)，就是沒(méi)有特殊限定）。

因?yàn)?async 函數(shù)返回一個(gè) Promise 對(duì)象，所以 await 可以用于等待一個(gè) async 函數(shù)的返回值——這也可以說(shuō)是 await 在等 async 函數(shù)，但要清楚，它等的實(shí)際是一個(gè)返回值。注意到 await 不僅僅用于等 Promise 對(duì)象，它可以等任意表達(dá)式的結(jié)果，所以，await 后面實(shí)際是可以接普通函數(shù)調(diào)用或者直接量的。所以下面這個(gè)示例完全可以正確運(yùn)行

function getSomething() {
    return "something";
}

async function testAsync() {
    return Promise.resolve("hello async");
}

async function test() {
    const v1 = await getSomething();
    const v2 = await testAsync();
    console.log(v1, v2);
}

test();

await 等到了要等的，然后呢

await 等到了它要等的東西，一個(gè) Promise 對(duì)象，或者其它值，然后呢？我不得不先說(shuō)，await 是個(gè)運(yùn)算符，用于組成表達(dá)式，await 表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果取決于它等的東西。

如果它等到的不是一個(gè) Promise 對(duì)象，那 await 表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果就是它等到的東西。

如果它等到的是一個(gè) Promise 對(duì)象，await 就忙起來(lái)了，它會(huì)阻塞后面的代碼，等著 Promise 對(duì)象 resolve，然后得到 resolve 的值，作為 await 表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果。

看到上面的阻塞一詞，心慌了吧……放心，這就是 await 必須用在 async 函數(shù)中的原因。async 函數(shù)調(diào)用不會(huì)造成阻塞，它內(nèi)部所有的阻塞都被封裝在一個(gè) Promise 對(duì)象中異步執(zhí)行。

async/await 幫我們干了啥

作個(gè)簡(jiǎn)單的比較

上面已經(jīng)說(shuō)明了 async 會(huì)將其后的函數(shù)（函數(shù)表達(dá)式或 Lambda）的返回值封裝成一個(gè) Promise 對(duì)象，而 await 會(huì)等待這個(gè) Promise 完成，并將其 resolve 的結(jié)果返回出來(lái)。

現(xiàn)在舉例，用 setTimeout 模擬耗時(shí)的異步操作，先來(lái)看看不用 async/await 會(huì)怎么寫(xiě)

function takeLongTime() {
    return new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => resolve("long_time_value"), 1000);
    });
}

takeLongTime().then(v => {
    console.log("got", v);
});

如果改用 async/await 呢，會(huì)是這樣

function takeLongTime() {
    return new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => resolve("long_time_value"), 1000);
    });
}

async function test() {
    const v = await takeLongTime();
    console.log(v);
}

test();

眼尖的同學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn) takeLongTime() 沒(méi)有申明為 async。實(shí)際上，takeLongTime() 本身就是返回的 Promise 對(duì)象，加不加 async 結(jié)果都一樣，如果沒(méi)明白，請(qǐng)回過(guò)頭再去看看上面的“async 起什么作用”。

又一個(gè)疑問(wèn)產(chǎn)生了，這兩段代碼，兩種方式對(duì)異步調(diào)用的處理（實(shí)際就是對(duì) Promise 對(duì)象的處理）差別并不明顯，甚至使用 async/await 還需要多寫(xiě)一些代碼，那它的優(yōu)勢(shì)到底在哪？

async/await 的優(yōu)勢(shì)在于處理 then 鏈

單一的 Promise 鏈并不能發(fā)現(xiàn) async/await 的優(yōu)勢(shì)，但是，如果需要處理由多個(gè) Promise 組成的 then 鏈的時(shí)候，優(yōu)勢(shì)就能體現(xiàn)出來(lái)了（很有意思，Promise 通過(guò) then 鏈來(lái)解決多層回調(diào)的問(wèn)題，現(xiàn)在又用 async/await 來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化它）。

假設(shè)一個(gè)業(yè)務(wù)，分多個(gè)步驟完成，每個(gè)步驟都是異步的，而且依賴(lài)于上一個(gè)步驟的結(jié)果。我們?nèi)匀挥?setTimeout 來(lái)模擬異步操作：

/**
 * 傳入?yún)?shù) n，表示這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的時(shí)間（毫秒）
 * 執(zhí)行的結(jié)果是 n + 200，這個(gè)值將用于下一步驟
 */
function takeLongTime(n) {
    return new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => resolve(n + 200), n);
    });
}

function step1(n) {
    console.log(`step1 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step2(n) {
    console.log(`step2 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step3(n) {
    console.log(`step3 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

現(xiàn)在用 Promise 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)步驟的處理

function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    step1(time1)
        .then(time2 => step2(time2))
        .then(time3 => step3(time3))
        .then(result => {
            console.log(`result is ${result}`);
            console.timeEnd("doIt");
        });
}

doIt();

// c:\var\test>node --harmony_async_await .
// step1 with 300
// step2 with 500
// step3 with 700
// result is 900
// doIt: 1507.251ms

輸出結(jié)果 result 是 step3() 的參數(shù) 700 + 200 = 900。doIt() 順序執(zhí)行了三個(gè)步驟，一共用了 300 + 500 + 700 = 1500 毫秒，和 console.time()/console.timeEnd() 計(jì)算的結(jié)果一致。

如果用 async/await 來(lái)實(shí)現(xiàn)呢，會(huì)是這樣

async function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    const time2 = await step1(time1);
    const time3 = await step2(time2);
    const result = await step3(time3);
    console.log(`result is ${result}`);
    console.timeEnd("doIt");
}

doIt();

結(jié)果和之前的 Promise 實(shí)現(xiàn)是一樣的，但是這個(gè)代碼看起來(lái)是不是清晰得多，幾乎跟同步代碼一樣

還有更酷的

現(xiàn)在把業(yè)務(wù)要求改一下，仍然是三個(gè)步驟，但每一個(gè)步驟都需要之前每個(gè)步驟的結(jié)果。

function step1(n) {
    console.log(`step1 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step2(m, n) {
    console.log(`step2 with ${m} and ${n}`);
    return takeLongTime(m + n);
}

function step3(k, m, n) {
    console.log(`step3 with ${k}, ${m} and ${n}`);
    return takeLongTime(k + m + n);
}

這回先用 async/await 來(lái)寫(xiě)：

async function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    const time2 = await step1(time1);
    const time3 = await step2(time1, time2);
    const result = await step3(time1, time2, time3);
    console.log(`result is ${result}`);
    console.timeEnd("doIt");
}

doIt();

// c:\var\test>node --harmony_async_await .
// step1 with 300
// step2 with 800 = 300 + 500
// step3 with 1800 = 300 + 500 + 1000
// result is 2000
// doIt: 2907.387ms

除了覺(jué)得執(zhí)行時(shí)間變長(zhǎng)了之外，似乎和之前的示例沒(méi)啥區(qū)別??！別急，認(rèn)真想想如果把它寫(xiě)成 Promise 方式實(shí)現(xiàn)會(huì)是什么樣子？

function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    step1(time1)
        .then(time2 => {
            return step2(time1, time2)
                .then(time3 => [time1, time2, time3]);
        })
        .then(times => {
            const [time1, time2, time3] = times;
            return step3(time1, time2, time3);
        })
        .then(result => {
            console.log(`result is ${result}`);
            console.timeEnd("doIt");
        });
}

doIt();

有沒(méi)有感覺(jué)有點(diǎn)復(fù)雜的樣子？那一堆參數(shù)處理，就是 Promise 方案的死穴—— 參數(shù)傳遞太麻煩了，看著就暈！

洗洗睡吧

就目前來(lái)說(shuō)，已經(jīng)理解 async/await 了吧？但其實(shí)還有一些事情沒(méi)提及——Promise 有可能 reject 啊，怎么處理呢？如果需要并行處理3個(gè)步驟，再等待所有結(jié)果，又該怎么處理呢？

阮一峰老師已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，我就懶得說(shuō)了。