async和await是如何实现异步编程?

目录

• 异步编程样例
• 样例解析
• 浅谈Promise如何实现异步执行
• 参考

1.异步编程样例

样例：

// 等待执行函数
function sleep(timeout) {
  return new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, timeout)
  })
}

// 异步函数
async function test() {
  console.log('test start')
  await sleep(1000)
  console.log('test end')
}

console.log('start')
test()
console.log('end')

执行结果：

start
test start
end
test end

2.样例解析

在样例代码中，test异步函数使用了async和await语法，这是ES2017里面的异步编程规范。而为了在较低版本的浏览器或Node支持这种语法，其中一种解决方案是将其转化为Generator函数和Promise来实现。换句话说，任何的async和await实现的异步函数，都可以替换成Generator函数和Promise实现。

第一步：先将async和await语法替换为相应的Generator 函数，如下

// 代码结构完全一致，只是替换了对应关键字
function *test() {
  console.log('test start')
  yield sleep(1000)
  console.log('test end')
}

第二步：为了执行Generator 函数，使用Promise实现一个自动执行器函数 spawn

function spawn(genF) {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    const gen = genF();
    function step(nextF) {
      let next;
      try {
        next = nextF();
      } catch(e) {
        return reject(e);
      }
      if(next.done) {
        return resolve(next.value);
      }
      Promise.resolve(next.value).then(function(v) {
        step(function() { return gen.next(v); });
      }, function(e) {
        step(function() { return gen.throw(e); });
      });
    }
    step(function() { return gen.next(undefined); });
  });
}

第三步：将相应的Generator 函数和自动执行器函数相结合，即可得最终的等价代码

function asyncTest() {
  spawn(test)
}

console.log('start')
asyncTest()
console.log('end')

第四步：执行结果，与原来的一致

start
test start
end
test end

第五步：分析asyncTest函数执行过程

1. 执行到 spawn(test)，进入spawn函数中，创建一个Promise并返回。
2. 执行到 const gen = genF()，获取一个状态机。（Generator 函数是一个状态机，封装了多个内部状态。）
3. 执行到 step(function() { return gen.next(undefined); })， 进入step 函数中。
4. 执行到next = nextF() ，next等于gen.next(undefined)的返回结果。
   • 当gen.next(undefined)开始执行，状态机第一次调用，直到遇到第一个yield表达式为止，即yield sleep(1000)，此时控制台先输出"test start"，并且返回第一个状态{ value: reuslt, done: false }, 而 reuslt等于sleep(1000)返回的结果，其是一个Promise。
5. 执行到if(next.done) ，此时第一个状态的done为false，所以不执行if语句里面，继续往下执行。
6. 执行到Promise.resolve(next.value)，由于第一个状态的value是一个Promise，所以直接返回其本身，也就相当于执行sleep(1000).then(...)，sleep函数异步等待1秒后，resolve接受的值为undefined，继续执行then方法。
7. 执行到 step(function() { return gen.next(v); })，此时v为undefined，再次进入step 函数中。
8. 再次执行到next = nextF() ，next等于gen.next(undefined)的返回结果。
   • 当gen.next(undefined)再次执行时，状态机第二次调用，此时Generator函数已经执行完毕，此时控制台先输出"test end"，并且返回最后的状态{ value: undefined, done: true }
9. 执行到if(next.done) ，此时第一个状态的done为true，所以执行if语句里面。
10. 执行到return resolve(next.value)，此时最初的Promise成功执行。
11. 至此asyncTest函数执行结束。

3.浅谈Promise如何实现异步执行

从上述样例解析中可以看出，我们是用Promise来实现代码的异步执行，那Promise的内部是如何实现异步执行的呢？

通过查看Promise的源码实现，发现其异步执行是通过asap这个库来实现的。

asap是as soon as possible的简称，在Node和浏览器环境下，能将回调函数以高优先级任务来执行（下一个事件循环之前），即把任务放在微任务队列中执行。

宏任务（macro-task）和微任务（micro-task）表示异步任务的两种分类。在挂起任务时，JS 引擎会将所有任务按照类别分到这两个队列中，首先在 macrotask 的队列（这个队列也被叫做 task queue）中取出第一个任务，执行完毕后取出 microtask 队列中的所有任务顺序执行；之后再取 macrotask 任务，周而复始，直至两个队列的任务都取完。

用法：

asap(function () {
    // ...
});

补充说明：这里提及的Promise源码并不是Node和浏览器的原生实现，是一个第三方库，仅以此为参考。

4.参考

ECMAScript 6 入门 - async 函数

【翻译】Promises/A+规范

Promise - Bare bones Promises/A+ implementation