v8是怎么实现更快的 await ？深入理解 await 的运行机制

最近v8团队发表一篇博客Faster async functions and promises，预计在v7.2版本实现更快的异步函数和promise。

文章内容看起来不是很容易理解，背后的原理比较隐蔽，不过博客提到的一些ECMAScript 标准文档中的操作、任务，实际上都有已经实现的 built-in api，因此我们可以借助我们比较熟悉的语法、api 来理解其中的原理，

也许本文有些说法不够准确，欢迎纠正

Example

首先看下博客开篇提到的代码：

const p = Promise.resolve();

(async () => {

  await p;

  console.log("after:await");

})();

p.then(() => {

  console.log("tick:a");

}).then(() => {

  console.log("tick:b");

});

以 node v10 的执行结果为准，node v8 的实现是不符合ECMAScript 标准

优秀的程序员总是能以简单的例子解释复杂的原理。代码很简单，但是执行结果可能出乎很多人意料:

tick:a

tick:b

after:await

如果你已经猜对了，本文的关键内容你已经掌握，不用往下看了:)。

为什么 after:await会出现在tick:a之后，甚至是tick:b之后？要理解其中的原理，我们可以做一个小实验。

将 await 翻译成 promise

v8博客中是以伪代码的方式解释await的执行逻辑:

原图 https://v8.dev/_img/fast-async/await-under-the-hood.svg

我们可以用promise语法写成：

function foo2(v) {

  const implicit_promise = new Promise(resolve => {

    const promise = new Promise(res => res(v));

    promise.then(w => resolve(w));

  });

  return implicit_promise;

}

按照同样的方式，可以将文章开头的代码转换成:

const p = Promise.resolve();

(() => {

  const implicit_promise = new Promise(resolve => {

    const promise = new Promise(res => res(p));

    promise.then(() => {

      console.log("after:await");

      resolve();

    });

  });

  return implicit_promise;

})();

p.then(() => {

  console.log("tick:a");

}).then(() => {

  console.log("tick:b");

});

经过一些琐碎的调试，发现问题真正的关键代码是这一句： const promise = new Promise(res => res(p));

Resolved with another promise

了解 Node.js 或浏览器的事件循环的童鞋都知道，resolved promise 的回调函数（reaction）是放在一个单独的队列MicroTask Queue中。这个队列会在事件循环的阶段结束的时候被执行，只有当这个队列被清空后，才能进入事件循环的下一个阶段。

我们知道一个 promise 的 .then 回调的返回值可以是一个任意值，也可以是另外一个 promise。但是后者的处理逻辑可能有点反直觉。

在深入之前，我们简单说一下 promise 的几种状态:

我们说一个 promise 是 resolved 的，表示它不能被再次 fulfill 或 reject，要么是被 fulfill，要么被 reject（这两种情况，promise 均有一个确定的 non-promise result），要么遵循另外一个 promise（随之 fulfill 或 reject）
我们说一个 promise 是 unresolved 的，表示它尚未被 resolve

当一个 promise（假设叫 promiseA。方便引用）被 resolve，并且去遵循另外一个 promise（叫 p）时，执行逻辑和前面两种 resolve 情况非常不同，用伪代码表示则是：

addToMicroTaskQueue(() => { // 任务A

  // 使用 .then 方法，将 promiseA 的状态 和 p 绑定

  p.then(

    resolvePromiseA, // 任务B

    rejectPromiseA

  );

});

我们一步一步来分析：

首先，我们在MicroTask Queue添加任务A，该任务在 ECMAScript 标准中被定义为 PromiseResolveThenableJob
任务A，主要目的是使 promiseA 遵循 p 的状态，将两者的状态关联起来。
由于我们例子中 p 已经是 resolved(状态为fulfilled)的，所以立即将resolvePromiseA任务B 添加到MicroTask Queue中
在 resolvePromiseA 执行后，promiseA 才是 resolved (状态为 fulfilled，值为 p 的 fulfilled value)

我们可以看到，从 new Promise(res=>res(p)) 到该调用返回的 promise 真正被 resolve 至少需要两次microtick——在我们的例子中，是遍历了两次 MicroTask Queue

这个时候，我们终于可以理清楚开头代码的执行顺序：

1、当代码执行完后

MicroTask Queue有两个任务：tick:a，PromiseResolveThenableJob

2、开始执行 runMicrotasks()

MicroTask Queue变成：tick:b，resolvePromiseA
console: tick:a

3、MicroTask Queue没有清空，继续执行队列中的任务

MicroTask Queue变成：after:await
console: tick:a, tick:b

4、继续执行，清空MicroTaak Queue

console: tick:a, tick:b, after:await

未来更快的 v8

借助我们更熟悉的promise，我们基本知道了现阶段的await的执行机制，这样我们就能很好理解为什么 v8 博客中提到的改进可以使 await 执行更快：

将 new Promise(res=>res(p)) 替换成 Promise.resolve(p)

根据MDN文档，当 p 是一个 promise 时，Promise.resolve(p)直接返回 p，而这是大概率事件。

因此，我们减少了 promise 之间状态同步需要的两次 microtick，那样，上述代码的输出结果就是：

after:await

tick:a

tick:b

编辑于 2019-01-04