async await 实现原理

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async/await

async/await的用处就是:用同步方式,执行异步操作

异步

所谓"异步",简单说就是一个任务不是连续完成的,可以理解成该任务被人为分成两段,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。

情景

现有一个需求:先请求完接口1,再去请求接口2

function request(num) { // 模拟接口请求
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(num * 2)
    }, 1000)
  })
}

request(1).then(res1 => {
  console.log(res1) // 1秒后 输出 2

  request(2).then(res2 => {
    console.log(res2) // 2秒后 输出 4
  })
})
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或者现在又有一个需求:先请求完接口1,再拿接口1返回的数据,去当做接口2的请求参数,那我们也可以这么做

request(5).then(res1 => {
  console.log(res1) // 1秒后 输出 10

  request(res1).then(res2 => {
    console.log(res2) // 2秒后 输出 20
  })
})
复制代码

其实这么做是没问题的,但是如果嵌套的多了,不免有点不雅观,本来Promise是解决回调地狱问题的,现在又出现了链式调用问题,这个时候就可以用async/await来解决了

async function fn () {
  const res1 = await request(5)
  const res2 = await request(res1)
  console.log(res2) // 2秒后输出 20
}
fn()
复制代码

使用async/await将代码从横向转变为纵向,增强了代码的可读性,调整了代码的结构,便于阅读与开发。
刚刚上面的例子await后面都是跟着异步操作Promise,那如果不接Promise会怎么样呢?

function request(num) { // 去掉Promise
  setTimeout(() => {
    console.log(num * 2)
  }, 1000)
}

async function fn() {
  await request(1) // 2
  await request(2) // 4
  // 1秒后执行完  同时输出
}
fn()
复制代码

可以看出,如果await后面是正常表达式,则立即执行;
如果是Peomise对象,会造成异步函数停止执行,并且等待Promise的解决 说完await,咱们聊聊async吧,async是一个位于function之前的前缀,只有async函数中,才能使用await。那async执行完是返回一个什么东西呢?

async function fn () {}
console.log(fn) // [AsyncFunction: fn]
console.log(fn()) // Promise {<fulfilled>: undefined}
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可以看出,async函数执行完会自动返回一个状态为fulfilled的Promise,也就是成功状态,但是值却是undefined,那要怎么才能使值不是undefined呢?很简单,函数有return返回值就行了

async function fn (num) {
  return num
}
console.log(fn) // [AsyncFunction: fn]
console.log(fn(10)) // Promise {<fulfilled>: 10}
fn(10).then(res => console.log(res)) // 10
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可以看出,此时就有值了,并且还能使用then方法进行输出

总结

总结一下async/await的知识点

  • await只能在async函数中使用,不然会报错(注*)
  • async函数返回的是一个Promise对象,有无值看有无return值
  • await后面最好是接Promise
  • async/await作用是用同步方式,执行异步操作

注:顶层await:功能块代码异步,也可在模块级别实现,仅在node13.3以及更高版本支持,仅在ECMAScript模块中支持,commonjs不支持该特性。

generator函数

Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案,语法行为与传统函数完全不同。

Generator 函数有多种理解角度。语法上,首先可以把它理解成,Generator 函数是一个状态机,封装了多个内部状态。

执行 Generator 函数会返回一个遍历器对象,也就是说,Generator 函数除了状态机,还是一个遍历器对象生成函数。返回的遍历器对象,可以依次遍历 Generator 函数内部的每一个状态。

形式上,Generator 函数是一个普通函数,但是有两个特征。一是,function关键字与函数名之间有一个星号;二是,函数体内部使用yield表达式,定义不同的内部状态(yield在英语里的意思就是“产出”)。
注:ES6没有规定function关键字与函数名之间的星号写在哪个位置,但由于Generator函数仍然是普通函数,所以一般的写法是紧跟在function关键字后。

function* helloWorldGenerator() {
  yield 'hello';
  yield 'world';
  return 'ending';
}

var hw = helloWorldGenerator();
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上面代码定义了一个 Generator 函数helloWorldGenerator,它内部有两个yield表达式(helloworld),即该函数有三个状态:hello,world 和 return 语句(结束执行)。

然后,Generator 函数的调用方法与普通函数一样,也是在函数名后面加上一对圆括号。不同的是,调用 Generator 函数后,该函数并不执行,返回的也不是函数运行结果,而是一个指向内部状态的指针对象,也就是遍历器对象(Iterator Object)。

下一步,必须调用遍历器对象的next方法,使得指针移向下一个状态。也就是说,每次调用next方法,内部指针就从函数头部或上一次停下来的地方开始执行,直到遇到下一个yield表达式(或return语句)为止。换言之,Generator 函数是分段执行的,yield表达式是暂停执行的标记,而next方法可以恢复执行。

Generator函数暂停恢复执行原理

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。

一个线程(或函数)执行到一半,可以暂停执行,将执行权交给另一个线程(或函数),等到稍后收回执行权的时候,再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的线程(或函数),就称为协程。

协程是一种比线程更加轻量级的存在。普通线程是抢先式的,会争夺cpu资源,而协程是合作的,可以把协程看成是跑在线程上的任务,一个线程上可以存在多个协程,但是在线程上同时只能执行一个协程。它的运行流程大致如下:

  1. 协程A开始执行
  2. 协程A执行到某个阶段,进入暂停,执行权转移到协程B
  3. 协程B执行完成或暂停,将执行权交还A
  4. 协程A恢复执行

举例来说,读取文件的协程写法如下。

function* asyncJob() {
  // ...其他代码
  var f = yield readFile(fileA);
  // ...其他代码
}
复制代码

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。

yield后面接函数

yield后面接函数的话,到了对应暂停点yield,会马上执行此函数,并且该函数的执行返回值,会被当做此暂停点对象的value

function fn(num) {
  console.log(num)
  return num
}
function* gen() {
  yield fn(1)
  yield fn(2)
  return 3
}
const g = gen()
console.log(g.next()) 
// 1
// { value: 1, done: false }
console.log(g.next())
// 2
//  { value: 2, done: false }
console.log(g.next()) 
// { value: 3, done: true }
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yield后面接Promise

前面说了,函数执行返回值会当做暂停点对象的value值,那么下面例子就可以理解了,前两个的value都是pending状态的Promise对象

function fn(num) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(num)
    }, 1000)
  })
}
function* gen() {
  yield fn(1)
  yield fn(2)
  return 3
}
const g = gen()
console.log(g.next()) // { value: Promise { <pending> }, done: false }
console.log(g.next()) // { value: Promise { <pending> }, done: false }
console.log(g.next()) // { value: 3, done: true }
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其实我们想要的结果是,两个Promise的结果1 和 2,那怎么做呢?使用Promise的then方法就行了

const g = gen()
const next1 = g.next()
next1.value.then(res1 => {
  console.log(next1) // 1秒后输出 { value: Promise { 1 }, done: false }
  console.log(res1) // 1秒后输出 1

  const next2 = g.next()
  next2.value.then(res2 => {
    console.log(next2) // 2秒后输出 { value: Promise { 2 }, done: false }
    console.log(res2) // 2秒后输出 2
    console.log(g.next()) // 2秒后输出 { value: 3, done: true }
  })
})
复制代码

next函数传参

generator函数可以用next方法来传参,并且可以通过yield来接收这个参数,注意两点

  • 第一次next传参是没用的,只有从第二次开始next传参才有用
  • next传值时,要记住顺序是,先右边yield,后左边接收参数
function* gen() {
  const num1 = yield 1
  console.log(num1)
  const num2 = yield 2
  console.log(num2)
  return 3
}
const g = gen()
console.log(g.next()) // { value: 1, done: false }
console.log(g.next(11111))
// 11111
//  { value: 2, done: false }
console.log(g.next(22222)) 
// 22222
// { value: 3, done: true }
复制代码

Promise+next传参

前面讲了

  • yield后面接Promise
  • next函数传参

那这两个组合起来会是什么样呢?

function fn(nums) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(nums * 2)
    }, 1000)
  })
}
function* gen() {
  const num1 = yield fn(1)
  const num2 = yield fn(num1)
  const num3 = yield fn(num2)
  return num3
}
const g = gen()
const next1 = g.next()
next1.value.then(res1 => {
  console.log(next1) // 1秒后同时输出 { value: Promise { 2 }, done: false }
  console.log(res1) // 1秒后同时输出 2

  const next2 = g.next(res1) // 传入上次的res1
  next2.value.then(res2 => {
    console.log(next2) // 2秒后同时输出 { value: Promise { 4 }, done: false }
    console.log(res2) // 2秒后同时输出 4

    const next3 = g.next(res2) // 传入上次的res2
    next3.value.then(res3 => {
      console.log(next3) // 3秒后同时输出 { value: Promise { 8 }, done: false }
      console.log(res3) // 3秒后同时输出 8

       // 传入上次的res3
      console.log(g.next(res3)) // 3秒后同时输出 { value: 8, done: true }
    })
  })
})
复制代码

实现async/await

其实上方的generator函数Promise+next传参,就很像async/await了,区别在于

  • gen函数执行返回值不是Promise,asyncFn执行返回值是Promise
  • gen函数需要执行相应的操作,才能等同于asyncFn的排队效果
  • gen函数执行的操作是不完善的,因为并不确定有几个yield,不确定会嵌套几次

那我们怎么办呢?我们可以封装一个高阶函数。什么是高阶函数呢?高阶函数的特点是:参数是函数,返回值也可以是函数。下方的highorderFn就是一个高阶函数

function highorderFn(函数) {
    // 一系列处理
    
    return 函数
}
复制代码

我们可以封装一个高阶函数,接收一个generator函数,并经过一系列处理,返回一个具有async函数功能的函数

function generatorToAsync(generatorFn) {
  // 经过一系列处理
  
  return 具有async函数功能的函数
}
复制代码

返回值Promise

之前我们说到,async函数的执行返回值是一个Promise,那我们要怎么实现相同的结果呢

function* gen() {

}
function generatorToAsync (generatorFn) {
  return function () {
    return new Promise((resolve, reject) => {

    })
  }
}

const asyncFn = generatorToAsync(gen)

console.log(asyncFn()) // Promise
复制代码

加入一系列操作

咱们把之前的处理代码,加入generatorToAsync函数

function fn(nums) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(nums * 2)
    }, 1000)
  })
}
function* gen() {
  const num1 = yield fn(1)
  const num2 = yield fn(num1)
  const num3 = yield fn(num2)
  return num3
}
function generatorToAsync(generatorFn) {
  return function () {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      const g = generatorFn()
      const next1 = g.next()
      next1.value.then(res1 => {

        const next2 = g.next(res1) // 传入上次的res1
        next2.value.then(res2 => {

          const next3 = g.next(res2) // 传入上次的res2
          next3.value.then(res3 => {

            // 传入上次的res3
            resolve(g.next(res3).value)
          })
        })
      })
    })
  }
}

const asyncFn = generatorToAsync(gen)

asyncFn().then(res => console.log(res)) // 3秒后输出 8
复制代码

可以发现,咱们其实已经实现了以下的async/await的结果了

async function asyncFn() {
  const num1 = await fn(1)
  const num2 = await fn(num1)
  const num3 = await fn(num2)
  return num3
}
asyncFn().then(res => console.log(res)) // 3秒后输出 8
复制代码

完善代码

上面的代码其实都是死代码,因为一个async函数中可能有2个await,3个await,5个await ,其实await的个数是不确定的。同样类比,generator函数中,也可能有2个yield,3个yield,5个yield,所以咱们得把代码写成活的才行

function generatorToAsync(generatorFn) {
  return function() {
    const gen = generatorFn.apply(this, arguments) // gen有可能传参

    // 返回一个Promise
    return new Promise((resolve, reject) => {

      function go(key, arg) {
        let res
        try {
          res = gen[key](arg) // 这里有可能会执行返回reject状态的Promise
        } catch (error) {
          return reject(error) // 报错的话会走catch,直接reject
        }

        // 解构获得value和done
        const { value, done } = res
        if (done) {
          // 如果done为true,说明走完了,进行resolve(value)
          return resolve(value)
        } else {
          // 如果done为false,说明没走完,还得继续走

          // value有可能是:常量,Promise,Promise有可能是成功或者失败
          return Promise.resolve(value).then(val => go('next', val), err => go('throw', err))
        }
      }

      go("next") // 第一次执行
    })
  }
}

const asyncFn = generatorToAsync(gen)

asyncFn().then(res => console.log(res))
复制代码

这样的话,无论是多少个yield都会排队执行了,咱们把代码写成活的了

示例

async/await版本

async function asyncFn() {
  const num1 = await fn(1)
  console.log(num1) // 2
  const num2 = await fn(num1)
  console.log(num2) // 4
  const num3 = await fn(num2)
  console.log(num3) // 8
  return num3
}
const asyncRes = asyncFn()
console.log(asyncRes) // Promise
asyncRes.then(res => console.log(res)) // 8
复制代码

使用generatorToAsync函数的版本

function* gen() {
  const num1 = yield fn(1)
  console.log(num1) // 2
  const num2 = yield fn(num1)
  console.log(num2) // 4
  const num3 = yield fn(num2)
  console.log(num3) // 8
  return num3
}

const genToAsync = generatorToAsync(gen)
const asyncRes = genToAsync()
console.log(asyncRes) // Promise
asyncRes.then(res => console.log(res)) // 8
复制代码

本篇主要学习了async await 实现原理
优点为通过语法糖的形式,减少代码量的同时增强了代码的语义化
在项目中应多加以利用,发挥其优势

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