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现代 JS 流程控制:从回调函数到 Promises 再到 Async/Await

原文链接:Flow Control in Modern JS: Callbacks to Promises to Async/Await

译者:OFED

JavaScript 通常被认为是异步的。这意味着什么?对开发有什么影响呢?近年来,它又发生了怎样的变化?

看看以下代码:

大多数编程语言同步执行每行代码。第一行执行完毕返回一个结果。无论第一行代码执行多久,只有执行完成第二行代码才会执行。

单线程处理程序

JavaScript 是单线程的。当浏览器选项卡执行脚本时,其他所有操作都会停止。这是必然的,因为对页面 DOM 的更改不能并发执行;一个线程
重定向 URL 的同时,另一个线程正要添加子节点,这么做是危险的。

用户不容易察觉,因为处理程序会以组块的形式快速执行。例如,JavaScript 检测到按钮点击,运行计算,并更新 DOM。一旦完成,浏览器就可以自由处理队列中的下一个项目。

(附注: 其它语言比如 PHP 也是单线程,但是通过多线程的服务器比如 Apache 管理。同一 PHP 页面同时发起的两个请求,可以启动两个线程运行,它们是彼此隔离的 PHP 实例。)

通过回调实现异步

单线程产生了一个问题。当 JavaScript 执行一个“缓慢”的处理程序,比如浏览器中的 Ajax 请求或者服务器上的数据库操作时,会发生什么?这些操作可能需要几秒钟 – 甚至几分钟。浏览器在等待响应时会被锁定。在服务器上,Node.js 应用将无法处理其它的用户请求。

解决方案是异步处理。当结果就绪时,一个进程被告知调用另一个函数,而不是等待完成。这称之为回调,它作为参数传递给任何异步函数。例如:

doSomethingAsync() 接收回调函数作为参数(只传递该函数的引用,因此开销很小)。doSomethingAsync() 执行多长时间并不重要;我们所知道的是,callback1() 将在未来某个时刻执行。控制台将显示:

回调地狱

通常,回调只由一个异步函数调用。因此,可以使用简洁、匿名的内联函数:

一系列的两个或更多异步调用可以通过嵌套回调函数来连续完成。例如:

不幸的是,这引入了回调地狱 —— 一个臭名昭著的概念,甚至有专门的网页介绍!代码很难读,并且在添加错误处理逻辑时变得更糟。

回调地狱在客户端编码中相对少见。如果你调用 Ajax 请求、更新 DOM 并等待动画完成,可能需要嵌套两到三层,但是通常还算可管理。

操作系统或服务器进程的情况就不同了。一个 Node.js API 可以接收文件上传,更新多个数据库表,写入日志,并在发送响应之前进行下一步的 API 调用。

Promises

ES2015(ES6) 引入了 Promises。回调函数依然有用,但是 Promises 提供了更清晰的链式异步命令语法,因此可以串联运行(下个章节会讲)。

打算基于 Promise 封装,异步回调函数必须返回一个 Promise 对象。Promise 对象会执行以下两个函数(作为参数传递的)其中之一:

  • resolve:执行成功回调
  • reject:执行失败回调

以下例子,database API 提供了一个 connect() 方法,接收一个回调函数。外部的 asyncDBconnect() 函数立即返回了一个新的 Promise,一旦连接创建成功或失败,resolve() 或 reject() 便会执行:

Node.js 8.0 以上提供了 util.promisify() 功能,可以把基于回调的函数转换成基于 Promise 的。有两个使用条件:

  1. 传入一个唯一的异步函数
  2. 传入的函数希望是错误优先的(比如:(err, value) => …),error 参数在前,value 随后

举例:

各种库都会提供自己的 promisify 方法,寥寥几行也可以自己撸一个:

异步链式调用

任何返回 Promise 的函数都可以通过 .then() 链式调用。前一个 resolve 的结果会传递给后一个:

同步函数也可以执行 .then(),返回的值传递给下一个 .then()(如果有)。

当任何一个前面的 reject 触发时,.catch() 函数会被调用。触发 reject 的函数后面的 .then() 也不再执行。贯穿整个链条可以存在多个 .catch() 方法,从而捕获不同的错误。

ES2018 引入了 .finally() 方法,它不管返回结果如何,都会执行最终逻辑 – 例如,清理操作,关闭数据库连接等等。当前仅有 Chrome 和 Firefox 支持,但是 TC39 技术委员会已经发布了 .finally() 补丁

使用 Promise.all() 处理多个异步操作

Promise .then() 方法用于相继执行的异步函数。如果不关心顺序 – 比如,初始化不相关的组件 – 所有异步函数同时启动,直到最慢的函数执行 resolve,整个流程结束。

Promise.all() 适用于这种场景,它接收一个函数数组并且返回另一个 Promise。举例:

任意一个异步函数 rejectPromise.all() 会立即结束。

使用 Promise.race() 处理多个异步操作

Promise.race() 与 Promise.all() 极其相似,不同之处在于,当首个 Promise resolve 或者 reject 时,它将会 resolve 或者 reject。仅有最快的异步函数会被执行:

前途光明吗?

Promise 减少了回调地狱,但是引入了其他的问题。

教程常常不提,整个 Promise 链条是异步的,一系列的 Promise 函数都得返回自己的 Promise 或者在最终的 .then().catch() 或者 .finally() 方法里面执行回调。

我也承认:Promise 困扰了我很久。语法看起来比回调要复杂,好多地方会出错,调试也成问题。可是,学习基础还是很重要滴。

延伸阅读:

Async/Await

Promise 看起来有点复杂,所以 ES2017 引进了 async 和 await。虽然只是语法糖,却使 Promise 更加方便,并且可以避免 .then() 链式调用的问题。看下面使用 Promise 的例子:

使用 async / await 重写上面的代码:

  1. 外部方法用 async 声明
  2. 基于 Promise 的异步方法用 await 声明,可以确保下一个命令执行前,它已执行完成

await 使每个异步调用看起来像是同步的,同时不耽误 JavaScript 的单线程处理。此外,async 函数总是返回一个 Promise 对象,因此它可以被其他 async 函数调用。

async / await 可能不会让代码变少,但是有很多优点:

  1. 语法更清晰。括号越来越少,出错的可能性也越来越小。
  2. 调试更容易。可以在任何 await 声明处设置断点。
  3. 错误处理尚佳。try / catch 可以与同步代码使用相同的处理方式。
  4. 支持良好。所有浏览器(除了 IE 和 Opera Mini )和 Node7.6+ 均已实现。

如是说,没有完美的…

Promises, Promises

async / await 仍然依赖 Promise 对象,最终依赖回调。你需要理解 Promise 的工作原理,它也并不等同于 Promise.all() 和 Promise.race()。比较容易忽视的是 Promise.all(),这个命令比使用一系列无关的 await 命令更高效。

同步循环中的异步等待

某些情况下,你想要在同步循环中调用异步函数。例如:

不起作用,下面的代码也一样:

循环本身保持同步,并且总是在内部异步操作之前完成。

ES2018 引入异步迭代器,除了 next() 方法返回一个 Promise 对象之外,与常规迭代器类似。因此,await关键字可以与 for ... of 循环一起使用,以串行方式运行异步操作。例如:

然而,在异步迭代器实现之前,最好的方案是将数组每项 map 到 async 函数,并用 Promise.all() 执行它们。例如:

这样有利于执行并行任务,但是无法将一次迭代结果传递给另一次迭代,并且映射大数组可能会消耗计算性能。

丑陋的 try/catch

如果执行失败的 await 没有包裹 try / catchasync 函数将静默退出。如果有一长串异步 await 命令,需要多个 try / catch 包裹。

替代方案是使用高阶函数来捕捉错误,不再需要 try / catch 了(感谢@wesbos的建议):

当应用必须返回区别于其它的错误时,这种作法就不太实用了。

尽管有一些缺陷,async/await 还是 JavaScript 非常有用的补充。更多资源:

JavaScript 之旅

异步编程是 JavaScript 无法避免的挑战。回调在大多数应用中是必不可少的,但是容易陷入深度嵌套的函数中。

Promise 抽象了回调,但是有许多句法陷阱。转换已有函数可能是一件苦差事,·then() 链式调用看起来很凌乱。

很幸运,async/await 表达清晰。代码看起来是同步的,但是又不独占单个处理线程。它将改变你书写 JavaScript 的方式,甚至让你更赏识 Promise – 如果没接触过的话。

Overview of ECMAScript 6 features

Introduction

ECMAScript 6, also known as ECMAScript 2015, is the latest version of the ECMAScript standard. ES6 is a significant update to the language, and the first update to the language since ES5 was standardized in 2009. Implementation of these features in major JavaScript engines is underway now.

See the ES6 standard for full specification of the ECMAScript 6 language.

ES6 includes the following new features:

ECMAScript 6 Features

Arrows

Arrows are a function shorthand using the => syntax. They are syntactically similar to the related feature in C#, Java 8 and CoffeeScript. They support both statement block bodies as well as expression bodies which return the value of the expression. Unlike functions, arrows share the same lexical this as their surrounding code.

More info: MDN Arrow Functions

Classes

ES6 classes are a simple sugar over the prototype-based OO pattern. Having a single convenient declarative form makes class patterns easier to use, and encourages interoperability. Classes support prototype-based inheritance, super calls, instance and static methods and constructors.

More info: MDN Classes

Enhanced Object Literals

Object literals are extended to support setting the prototype at construction, shorthand for foo: foo assignments, defining methods, making super calls, and computing property names with expressions. Together, these also bring object literals and class declarations closer together, and let object-based design benefit from some of the same conveniences.

More info: MDN Grammar and types: Object literals

Template Strings

Template strings provide syntactic sugar for constructing strings. This is similar to string interpolation features in Perl, Python and more. Optionally, a tag can be added to allow the string construction to be customized, avoiding injection attacks or constructing higher level data structures from string contents.

More info: MDN Template Strings

Destructuring

Destructuring allows binding using pattern matching, with support for matching arrays and objects. Destructuring is fail-soft, similar to standard object lookup foo["bar"], producing undefined values when not found.

More info: MDN Destructuring assignment

Default + Rest + Spread

Callee-evaluated default parameter values. Turn an array into consecutive arguments in a function call. Bind trailing parameters to an array. Rest replaces the need for arguments and addresses common cases more directly.

More MDN info: Default parameters, Rest parameters, Spread Operator

Let + Const

Block-scoped binding constructs. let is the new var. const is single-assignment. Static restrictions prevent use before assignment.

More MDN info: let statement, const statement

Iterators + For..Of

Iterator objects enable custom iteration like CLR IEnumerable or Java Iterable. Generalize for..in to custom iterator-based iteration with for..of. Don’t require realizing an array, enabling lazy design patterns like LINQ.

Iteration is based on these duck-typed interfaces (using TypeScript type syntax for exposition only):

More info: MDN for…of

Generators

Generators simplify iterator-authoring using function* and yield. A function declared as function* returns a Generator instance. Generators are subtypes of iterators which include additional next and throw. These enable values to flow back into the generator, so yield is an expression form which returns a value (or throws).

Note: Can also be used to enable ‘await’-like async programming, see also ES7 await proposal.

The generator interface is (using TypeScript type syntax for exposition only):

More info: MDN Iteration protocols

Unicode

Non-breaking additions to support full Unicode, including new Unicode literal form in strings and new RegExp u mode to handle code points, as well as new APIs to process strings at the 21bit code points level. These additions support building global apps in JavaScript.

// same as ES5.1
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