对大部分的JavaScript开发者而言,async函数是个新鲜事物,它的发展经历了一个漫长的旅程。因此本文试图 梳理总结JavaScript异步函数的发展历程:在不久之前,我们还只能写回调函数来实现异步,然后Promise/A+ 标准出来了,这之后又出现了生成器函数,而未来显然是async函数的。

现在让我们、一起来回顾这些年来JavaScript异步函数的发展历程吧。

## Statement

未经允许,请勿转载。原文地址:https://blog.risingstack.com/asynchronous-javascript/

回调函数 Callbacks

似乎一切应该从回调函数开始谈起。

异步JavaScript

正如我们所知道的那样,在JavaScript中,异步编程方式只能通过JavaScript语言中的一等公民函数才能完成: 这种方式意味着我们可以将一个函数作为另一个函数的参数,在这个函数的内部可以调用被传递进来的函数(即回调函数)。 这也正是回调函数诞生的原因:如果你将一个函数作为参数传递给另一个函数(此时它被称为高阶函数),那么在函数内部, 你可以调用这个函数来来完成相应的任务。回调函数没有返回值(不要试图用return),仅仅被用来在函数内部执行某些动作。 看一个例子:

const fs = require('fs')

console.log('start reading a file...')

fs.readFile('file.md', 'utf-8', function (err, content) {  
  if (err) {
    console.log('error happened during reading the file')
    return console.log(err)
  }

  console.log(content)
})

console.log('end of the file')  

输出结果是:

start reading a file...  
end of the file  
error happened during reading the file  

上面的例子中我们演示了一个错误优先的回调函数(error-first callbacks),这也是Node.js本身的特点之一, Node.js中所有的核心模块和NPM仓库中的大部分模块在编写时都会遵循这个特点。

简单总结一下在Node.js中使用回调函数进行编程点特点:

  • 错误优先
  • 没有返回值: 异步函数没有返回值,值将会被传递给回调函数。

过度使用回调函数所会遇到的挑战:

  • 如果不能合理的组织代码,非常容易造成回调地狱(callback hell),这会使得你的代码很难被别人所理解。
  • 很容易遗漏错误处理代码
  • 无法使用return语句返回值,并且也不能使用throw关键字

也正是基于这些原因,在JavaScript世界中,一直都在寻找着能够让异步JavaScript开发变得更简单的可行的方案。

一个可行的解决方案之一是async模块。如果你和回调函数打过很久的交道, 你也许会深刻的感受到,在JavaScript中如果想要让某些事并行执行,或是串行执行,甚至是使用异步函数来映射(mapping) 数组中的元素使用异步函数有多复杂。所以,感谢Caolan McMahon写了async模块来 解决这些问题。

使用async模块,你可以轻松像下面这样的方式编写代码:

async.map([1, 2, 3], AsyncSquaringLibrary.square,  
	function(err, result){
		// result will be [1, 4, 9]
});	

async模块虽然一定程度上带来了便利,但仍然不够简单,代码也不容易阅读,因此Promise出现了。

Promise

当前的JavaScript异步标准可以追溯到2012年,并且直到ES6才变得可用,然而,Promise这个术语却并不是JavaScript 社区所发明的。这个术语来来自于Daniel P.friedman 在1976年的发表的一篇文章。

一个Promise代表的是一个异步操作的最终结果。

现在我们使用Promise来完成上面代码所完成的任务,Promise风格的代码如下:

Something.save()  
	.then(function() {
		console.log('success');
	})
	.catch(function() {
		//error handling
	})

你会发现,Promise中也利用了回调函数。在thencatch方法中都传入了一个回调函数,分别在Promise被 满足和被拒绝时执行。Promise函数的另一个优点是它能够被链接起来完成一系列任务。例如,你可以这样写代码:

saveSomething()  
	.then(updateOtherthing)
	.then(deleteStuff)  
	.then(logResults);

当你没有现成的Promise时,你可能需要借助一些Promise库,一个流行的选择是使用bluebird。 这些库可能会提供比原生方案更多的功能,并且不局限于Promise/A+标准所规定的特性。

但是你为什么不用糖方法(sugar methods)呢?建议你首先阅读Promise: The Extension Problem 这篇文章。更多关于Promise的信息,可以参考Promise/A+标准

你可能会问: 如果大部分的库只暴露了回调的接口的话,那么我该如何使用Promise? 嗯,这个很简单,此时你唯一需要做的就是使用Promise来包裹含有回调的那个函数调用体。举例说明:

回调风格的代码可能是这样的:

function saveToTheDb(value) {
	db.values.insert(value, function (err, user) {
		if (err) throw err;
		
		// todo: insert user to db
	});
}

现在我们来将其改成支持Promise风格调用的代码:

function saveToTheDb(value) {  
	return new Promise(function(resolve, reject) {
		db.values.insert(value, function(err, user) { // remember error first ;)
			if (err) {
				return reject(err); // don't forget to return here
			}
			resolve(user);
		})
	}
}

已经有相当一部分的库或框架同时支持者两种方式了,即同时提供了回调风格和Promise风格的API接口。那么现在, 如果你也想对外提供一个库,最佳实践也是同时提供两种方式的接口。你可以轻松的使用如下方式来达到这个目的:

function foo(cb) {  
	if (cb) {
		return cb();
	}
	
	return new Promise(function (resolve, reject) {
	
	});
}

或者更简单些,你可以从只提供Promise风格的接口开始后,并使用诸如callbackify 这样的工具来达到向后兼容的目的。其实Callbackify所做的工作和上面的代码片段类似,但在实现上使用了一个更通用的方法, 我建议你可以去阅读Callbackify的源代码。

生成器Generators/ yield

JavaScript生成器是个相对较新的概念, 它是ES6(也被称为ES2015)的新特性。想象下面这样的一个场景:

当你在执行一个函数的时候,你可以在某个点暂停函数的执行,并且做一些其他工作,然后再返回这个函数继续执行, 甚至是携带一些新的值,然后继续执行。

上面描述的场景正是JavaScript生成器函数所致力于解决的问题。当我们调用一个生成器函数的时候,它并不会立即执行, 而是需要我们手动的去执行迭代操作(next方法)。也就是说,你调用生成器函数,它会返回给你一个迭代器。迭代器 会遍历每个中断点。

function* foo () {  
	var index = 0;
	while (index < 2) {
		yield index++; //暂停函数执行,并执行yield后的操作
	}
}
var bar =  foo(); // 返回的其实是一个迭代器

console.log(bar.next());    // { value: 0, done: false }  
console.log(bar.next());    // { value: 1, done: false }  
console.log(bar.next());    // { value: undefined, done: true }  

更进一步的,如果你想更轻松的使用生成器函数来编写异步JavaScript代码,我们可以使用co 这个库,co是著名的tj大神写的。

Co是一个为Node.js和浏览器打造的基于生成器的流程控制工具,借助于Promise,你可以使用更加优雅的方式编写非阻塞代码。

使用co,前面的示例代码,我们可以使用下面的代码来改写:

co(function* (){  
	yield Something.save();
}).then(function() {
	// success
})
  .catch(function(err) {
	//error handling
});

你可能会问:如何实现并行操作呢?答案可能比你想象的简单,如下(其实它就是Promise.all而已):

yield [Something.save(), Otherthing.save()];  

Async/ await

在ES7(还未正式标准化)中引入了Async函数的概念,目前如果你想要使用的话,只能借助于babel 这样的语法转换器将其转为ES5代码。(提醒一点:我们现在讨论的是async关键字,而不是NPM中的async包)。

简而言之,使用async关键字,你可以轻松的达成之前使用生成器和co函数所做到的工作。当然,除了hack之外。

也许你会问,是否在ES7中有了async关键字,yield就变得不是那么重要了?

实际上,使用yield实现异步也不过是一种hack罢了,yield意味着懒次序(lazy sequences)和迭代器。 而await能够完美的分离这两点,首先让yield用于其最初的目的,其次使用await来执行异步操作。

在这背后,async函数实际使用的是Promise,也就是为什么async函数会返回一个Promise的原因。

因此,我们使用async函数来完成类似于前面代码所完成的工作,可以使用下面这样的方式来重新编写代码:

async function save(Something) {  
	try {
		await Something.save(); // 等待await后面的代码执行完,类似于yield
	} catch (ex) {
		//error handling
	}
	console.log('success');
} 

正如你看到的那样,使用async函数,你需要在函数声明的最前面加上async关键字。这之后,你可以在 函数内部使用await关键字了,作用和之前的yield作用是类似的。

使用async函数完成并行任务与yiled的方式非常的相似,唯一不同的是,此时Promise.all不再是 隐式的,你需要显示的调用它:

async function save(Something) {  
	await Promise.all[Something.save(), Otherthing.save()]
}

Koa也支持async函数,如果你也在使用koa,那么你现在就可以借助babel使用这一特性了。

import koa from koa;  
let app = koa();

app.experimental = true;

app.use(async function (){  
	this.body = await Promise.resolve('Hello Reader!')
})

app.listen(3000);  

拓展阅读

  1. Hapi with generators
  2. Koa