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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。