async 函数——JS中的异步处理方式

async 函数的语法

async function name([param[, param[, ... param]]]) { statements }

name: 函数名称。
param: 要传递给函数的参数的名称。
statements: 函数体语句。

async 函数的书写方式如下：

// 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 函数的含义

async 是 ES7 才有的与异步操作有关的关键字，和 Promise ， Generator 有很大关联的。async 函数是什么？一句话，它就是 Generator 函数的语法糖。
async是异步的简写，用于声明一个函数是异步执行。await用于等待一个异步方法执行完毕。await只能用于async函数中。
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());
};

async函数对 Generator 函数改进

（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。比如上边的文件读取

asyncReadFile();

（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函数的返回值

async函数返回的是一个Promise对象。 async 和 await 配合能够让我们感受到改写法的简单明了。下边我们具体看看其中的知识点。
知识点1： 用 async 关键字声明的函数返回的是一个 Promise 对象。如果在函数中 return 一个直接量，async 会把这个直接量通过 Promise.resolve() 封装成 Promise 对象。当 async 函数没有返回值时，返回 Promise.resolve(undefined)

 //定义一个普通函数，返回一个字符串
 function test() {
     return "hello async";
 }
 const result1 = test();
 console.log(result1); //输出一个字符串 hello async
 ​
 //定义一个使用了async修饰的函数，同样返回一个字符串
 async function testAsync() {
     return "hello async";
 }
 const result2 = testAsync();
 console.log(result2); //输出一个Promise对象 Promise {<fulfilled>: 'hello async'}

//async较好的用法
 async function testAsync(){
     //返回一个Promise对象
     return new Promise((resolve, reject)=>{
         //处理异步任务
         setTimeout(function () {
             resolve("testAsync")
         }, 1000);
     })
 }
 //async通常用于声明一个处理异步任务且返回了Promise对象的函数

知识点2： await关键字只能使用在被async声明的函数内，用于修饰一个Promise对象，使得该Promise对象处理的异步任务在当前协程上按顺序同步执行。
//定义一个使用async修饰的函数，处理异步任务

 async function testAsync(){
     return new Promise((resolve, reject)=>{
         setTimeout(function () {
             resolve("testAsync")
         }, 1000);
     })
 }

 //定义一个函数，直接调用testAsync函数
 function testAwait(){
     console.log('testAsync调用前')
     testAsync().then(res=>{
         console.log(res) //输出"testAsync"
     })
     console.log('testAsync调用后')
 }
 ​
 /***** 输出如下 *****/
 testAsync调用前
 testAsync调用后
 testAsync
 //尽管代码按顺序写，但不按顺序执行，因为testAsync()是异步函数

 //定义一个函数（不使用async声明该函数）用await修饰调用testAsync函数
 function testAwait(){
     console.log('testAsync调用前')
     await testAsync().then(res=>{ //使用await关键字修饰
         console.log(res)
     })
     console.log('testAsync调用后')
 }
 ​
 //调用testAwait()函数
 testAwait()
 //报错：Uncaught SyntaxError: await is only valid in async functions and the top level bodies of modules，因为await只能使用在被async修饰的函数内。

//定义一个函数（使用async声明该函数）用await修饰调用testAsync函数
 async function testAwait(){
     console.log('testAsync调用前')
     await testAsync().then(res=>{
         console.log(res)
     })
     console.log('testAsync调用后')
 }
 ​
 /***** 输出如下 *****/
 testAsync调用前
 testAsync
 testAsync调用后
 ​
 //使用了await关键字修饰，使得代码按照顺序执行，即同步执行

await 命令

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

错误处理

async函数的错误处理方式有很多，正常来说，有3种方式。如下
方式一： 直接调用throw new Error

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。

当然，上边的写法我们不建议在项目中书写，我们可以把它写到try…catch…中的，这样就能防止错误，并且在代码正确的情况也能正常执行。

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);
  }
}

async 函数的实现原理

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); });
  });
}

与其他异步处理方法的比较

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。

以下是 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。

最后我们看看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。

参考文章：
详解ES6的async和await关键字
https://es6.ruanyifeng.com/#docs/async