js是所有编程语言里最容易实现异步操作的语言，设计极其巧妙的setTimeout函数及回调函数设计，让异步编程无声无息的进入每一个前端程序员的世界。但是，对于异步编程的概念，以及它背后运行的原理，语言的设计者为何要设计成这样的语法结构或api？本文就试图对这个话题展开谈一谈，聊一聊看上去不起眼的问题。

异步

js借鉴了编程领域的“异步事件模型”实现了异步，如果你想真正了解操作系统层面如何实现异步，则需要了解这个模型，基于这个模型，很多语言都实现了异步编程。简单的说，异步是指在执行任务1的时候，先执行它的前半部分，并将它的后半部分通过某个机制，放到任务2后面执行。而这个“前半部分”往往是一些条件预设编程，而“后半部分”则是在满足条件，并被触发时执行的目的行为。最为典型的就是ajax的实现。

“同步”和“异步”是一对反义词，同步是指一个任务必须从头到尾执行完毕，在这个过程中，其他任何任务不得执行。

而另一个经常讨论的话题是，js是单线程的，什么是单线程呢？简单的解释是，一段js代码，会按照解释顺序，将不同部分（作用域，块）的程序放于同一调用栈中逐一运行。举个例子：

var a = 1 // 1
a ++ // 2
setTimeout(() => { // 3
  console.log(a) // 5
}, 0)
a += 10 // 4

程序就像一列火车一样，程序中的每个部分被分别放在一个车厢里，在一种类似$digest循环的过程中，出于同步的部分被首先按顺序加入到火车头部，也就是上面的1234，而异步程序被加入到所处结构中同步部分的后面，在检查异步代码时，也是这样的一个流程，因为异步程序内部本身也可能有同步与异步区分。因此，在这列火车中，虽然在代码中这些车厢位置是12354，但在js的线程调用栈中，车厢顺序是12345。

多线程也是编程世界中非常重要的角色，很多语言具备多线程能力。但是多线程涉及线程安全问题，为了保证js的安全性，js语言被设计为单线程应用。浏览器本身也是多线程，包括

• javascript引擎线程
• 界面渲染线程
• 浏览器事件触发线程
• Http请求线程

这些线程在js运行的时候同时运行，不同的任务会被分配到不同的线程中，再通过异步的方式相互通知，js编程只能在js引擎线程中工作，因此说js是单线程的。但是现代HTML标准使得在浏览器环境中（node也可以）js具备了多线程编程能力，即通过webworker实现。在主线程和worker线程之间，也是通过异步方式相会调用（通知）。多线程可以解放单线程带来的一些运算能力局限，例如，在你的代码中，有一段代码需要对100K行的数据进行处理，每次程序运行到这里，你的浏览器就开始卡，即使你把它放在异步任务中进行处理，也会一样。但是，如果你把这段代码放到另外一个worker线程中处理，处理完之后，把结果返回给主线程，那效果就不一样，worker线程中的代码不会对界面渲染产生任何影响（当然，当内存用完的情况除外），因此，只要使用合理，可以对web应用起到性能提升的作用。

在我看来，异步是js语言里面最美的特性之一，异步编程让这门语言充满想象力。

js异步编程的形式

js中有多种异步编程的形式，这里说的形式，我们需要在后面去认知看下，并不是说具备了这种形式就是异步编程，而是说，这些形式是异步编程的常用手段：

• 回调函数
• 事件绑定，例如document.addEventListener('click', callback)
• 事件勾子函数，例如window.onload = callback
• 队列/观察者
• setTimeout、requestAnimationFrame等内置接口
• Promise
• generator
• await
• Ajax

特别是回调函数，我们要区分回调函数在实际程序中的执行阶段，很多情况下回调函数是在调用栈（所在的程序部分）同步执行的，而非异步，例如：

function run(callback) {
  let a = 1
  let b = callback(a)
  return a / b
}

这样的回调写法是我们常用手法，但很明显，这里的编程跟异步是完全两回事。而下面的代码则不同：

function run(url, callback) {
  fetch(url).then(callback)
}

这则是明显的异步回调，所以正如前文所说，异步编程和它的形式没有必然关系。

Promise

Promise是js标准，它是异步操作非常典型的一种形式。但在一上来就then之前，让我们重新认识一下这个Promise接口。在一开始，我们要区分作为标准的Promise和作为接口的Promise，作为标准的Promise规定了它的实现规范和原理逻辑，但具体怎么实现这一规范，不同的厂商并不相同，但是对于开发者而言，它们的表象都是一样的，也就是作为接口的Promise，在同一套规范下，任何浏览器提供的Promise接口都是一致的，我们写相同的代码，在不同浏览器里面跑，应该得到相同结果。

接口层面，Promise是一个浏览器提供的构造函数，可以被实例化为一个promise实例。构造时传入一个函数，包含两个参数，并且在构造时，这个函数会被执行，函数内可进行异步操作，当参数被调用时，promise状态被修改。前面讲过，异步分为两部分，而Promise构造函数内传入的参数函数，则是对“前半部分”的实现，“后半部分”的实现则被丢到promise的then方法中执行。这样的编程风格非常有利于逻辑的分离，因此被广泛使用。

let defer = new Promise((resolve, reject) => {
  fetch('xxx').then(resolve).catch(reject)
})
defer.then((res) => { ... }).catch((error) => { ... })

这样的编程风格使得代码分块非常清晰，因此被追捧。不过，使用Promise的时候，要注意几个点：

• 构造函数传入的函数参数，是同步执行的，也就是说它会被置于new所在程序流的同级调用栈中，而非被认为是异步任务置于调用栈末尾，这一点非常重要，对于利用Promise进行异步编程也是一个关键点
• 一个rejected的promise会抛出异常，需要对该一场进行捕获，而捕获方式只能使用它的catch方法，而不要使用try...catch语法，因为try...catch是同步的
• 被catch过的promise不会继续抛出错误，反而被认为是resolved的，也就是说，.then(a1).catch(a2).then(a3)中a3无论如何都会被执行
• promise实例不能手动调用resolve()方法使它完成，一旦一个实例创建，只能等它自己完成或抛出错误时才能进行后续操作
• 浏览器原生的Promise不支持abort操作

只有当我们熟练掌握了这些坑，才能写出更大的坑给后人享用。

async/await语法

ES6提供了Promise的语法糖，即async/await语法，它让Promise编程极为简洁，使得代码美观度上升N个档次。但是，我们需要对语法糖本身进行复原，否则我们无法掌握它的精髓。

async语法是对new Promise的包装，await语法是对then方法的提炼。

看上去这句话非常简单，然鹅它所蕴含的能量，逐一让你产生无数bug。之所以这么说，是因为躺完坑，仍心有余悸。我们来看下async/await的用法：

async function get(url) {
  let res = await fetch(url)
  let data = await res.json()
  return data
}

上面的代码虽然短，但是每一句都极为重要。第一句通过await等待一个promise，第二句里面直接使用第一句的res，第三句直接返回data作为async函数的返回值，这和同步编程几乎一样。

await只能用在async函数中。

虽然await语法后面跟的是一个promise，并且前面将promise的resolve值进行返回，但是前提是await只能用在async函数中。原因很简单，因为await语法是then的语法糖，then的前提是promise实例，async是new Promise语法糖，只有new Promise之后，才能使用then。绕完这一圈，你应该懂了，为何await一定要用在async函数中。高能！！！千万要注意async函数中独立的回调函数内，如果这个回调函数本身不是async函数，里面的await会报错！！！

await后面可以是单个变量。

async () => {
  await defer
}

await可以不返回值给变量。

虽然await语法并没有把结果返回赋值给某个变量，但它仍然是一个异步操作，await后面的程序代码将会在当前语句resolve之后才会执行。

async () => {
  await defer1
  await defer2
}

await的字面意思是“等待返回结果”。

在await关键字后面的defer没有返回结果之前，程序不会执行下方的代码。

async函数被调用时是同步执行。

当async函数被调用时，处于第一个await关键字前面的所有代码和关键字后面的半行代码，会立即执行。如果一个async函数从头到尾没有执行到某个await，那么与同步函数无异。

循环中的await的出乎意料。

js循环具有非常奇特的作用域，在循环中使用await，会出现一些你可能意料不到的情况。你需要在脑海中谨记，await关键字是一个等待动作，程序运行到此处时，会进行等待，知道await后面的表达式返回成功。当进入下一个循环的时候，await上方循环体内的代码，将会在此处被断开。总之，如果你发现自己的循环中使用了await，一定要使用真实数据进行调试一下。

迭代遍历慎用async函数。

另外，千万不能使用asnyc函数作为forEach、map等迭代函数的参数，迭代函数本身的迭代过程是同步的，但是由于async函数返回的是promise，因此，迭代过程中程序不会等待当前promise成功后才进入下一个迭代。

async/await异步替代糖

接下来我要构造自己的async/await样式语法，之所以这样做，是因为async函数调用时，第一个await前的代码被同步执行，我们希望写一个替代方式，实现真正的全量异步，使得没有任何代码可以阻塞当前进程。

具体的实现已经通过hello-async这个库实现了，你可以通过源码查看。这里主要讲一下思路。

new Promise的构造函数参数函数是同步执行的，因此，如果直接在new Promise的参数函数中使用逻辑代码，就会因此进程阻塞。怎么才能真正全量异步呢？经过研究，then()参数函数的代码是异步执行的。这完全符合我们前面提到的“前半部分”“后半部分”逻辑。因此，我们要构造一种形式，使得函数一开始执行，就是在then中执行，于是：

function $async(fn) {
  return (...args) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      Promise.resolve().then(() => fn(...args)).then(resolve).catch(reject)
    })
  }
}

为什么需要这么复杂的结构呢？我们不能直接返回Promise.resolve()，虽然直接返回Promise.resolve()，然后在它的then()里面去写我们的逻辑代码，但是这样在场景中，我们首先得到了一个resolved promise，而非一个pending promise，而返回一个new Promise，再在构造函数中使用异步操作，则正是我们想要的场景。通过上面这段代码，就将一个同步函数，转换为真正的异步函数，在调用函数的那一刻，什么事情都不会发生，异步动作会自动运行，等到满足条件时，就会resolve。

function $await(input, then) {
  const defering = (input) => {
    return Promise.resolve(input)
  }
  if (typeof then === 'function') {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      defering(input).then($async(then)).then(resolve).catch(reject)
    })
  }
  else {
    return defering(input)
  }
}

这里$await函数对一个defer或普通值进行包裹，返回一个新defer，而这个新defer默认会继承defer的返回值。通过上面这两个函数，我们来对async/await语法进行改造：

async function get(url) {
  let res = await fetch(url)
  let data = res.json()
  return data
}

=>

const get = $async(function(url) {
  let res = $await(fetch(url))
  let data = $await(res, res => res.json())
  return data
})

从句法上看，这两者之间非常相似，不过$await不是语法，它无法在循环中使用，也不会拦截进程，也就是说，它下方的代码不会在promise resolve之后执行，而是直接被执行，要在异步流中逐一被触发，只能将代码写在then这个回调函数中。

小结

本文主要探讨了一些js中异步编程的问题，只谈到了冰山一脚，无法展示该问题的全貌。不过从中也可以窥见，js异步编程就像一门艺术，而想要写出好的艺术品，必须拥有更扎实的基础功。

2018-08-05 3805 async, promise, 异步编程