## 含义
ES2017 标准引入了 async 函数，使得异步操作变得更加方便。
async 函数是什么？一句话，它就是 Generator 函数的语法糖。
前文有一个 Generator 函数，依次读取两个文件。
```javascript
const fs = require('fs');
const readFile = function (fileName) {
return new Promise(function (resolve, reject) {
fs.readFile(fileName, function(error, data) {
if (error) return reject(error);
resolve(data);
});
});
};
const gen = function* () {
const f1 = yield readFile('/etc/fstab');
const f2 = yield readFile('/etc/shells');
console.log(f1.toString());
console.log(f2.toString());
};
```
上面代码的函数`gen`可以写成`async`函数，就是下面这样。
```javascript
const asyncReadFile = async function () {
const f1 = await readFile('/etc/fstab');
const f2 = await readFile('/etc/shells');
console.log(f1.toString());
console.log(f2.toString());
};
```
一比较就会发现，`async`函数就是将 Generator 函数的星号（`*`）替换成`async`，将`yield`替换成`await`，仅此而已。
`async`函数对 Generator 函数的改进，体现在以下四点。
（1）内置执行器。
Generator 函数的执行必须靠执行器，所以才有了`co`模块，而`async`函数自带执行器。也就是说，`async`函数的执行，与普通函数一模一样，只要一行。
```javascript
asyncReadFile();
```
上面的代码调用了`asyncReadFile`函数，然后它就会自动执行，输出最后结果。这完全不像 Generator 函数，需要调用`next`方法，或者用`co`模块，才能真正执行，得到最后结果。
（2）更好的语义。
`async`和`await`，比起星号和`yield`，语义更清楚了。`async`表示函数里有异步操作，`await`表示紧跟在后面的表达式需要等待结果。
（3）更广的适用性。
`co`模块约定，`yield`命令后面只能是 Thunk 函数或 Promise 对象，而`async`函数的`await`命令后面，可以是 Promise 对象和原始类型的值（数值、字符串和布尔值，但这时会自动转成立即 resolved 的 Promise 对象）。
（4）返回值是 Promise。
`async`函数的返回值是 Promise 对象，这比 Generator 函数的返回值是 Iterator 对象方便多了。你可以用`then`方法指定下一步的操作。
进一步说，`async`函数完全可以看作多个异步操作，包装成的一个 Promise 对象，而`await`命令就是内部`then`命令的语法糖。
## 基本用法
`async`函数返回一个 Promise 对象，可以使用`then`方法添加回调函数。当函数执行的时候，一旦遇到`await`就会先返回，等到异步操作完成，再接着执行函数体内后面的语句。
下面是一个例子。
```javascript
async function getStockPriceByName(name) {
const symbol = await getStockSymbol(name);
const stockPrice = await getStockPrice(symbol);
return stockPrice;
}
getStockPriceByName('goog').then(function (result) {
console.log(result);
});
```
上面代码是一个获取股票报价的函数，函数前面的`async`关键字，表明该函数内部有异步操作。调用该函数时，会立即返回一个`Promise`对象。
下面是另一个例子，指定多少毫秒后输出一个值。
```javascript
function timeout(ms) {
return new Promise((resolve) => {
setTimeout(resolve, ms);
});
}
async function asyncPrint(value, ms) {
await timeout(ms);
console.log(value);
}
asyncPrint('hello world', 50);
```
上面代码指定 50 毫秒以后，输出`hello world`。
由于`async`函数返回的是 Promise 对象，可以作为`await`命令的参数。所以，上面的例子也可以写成下面的形式。
```javascript
async function timeout(ms) {
await new Promise((resolve) => {
setTimeout(resolve, ms);
});
}
async function asyncPrint(value, ms) {
await timeout(ms);
console.log(value);
}
asyncPrint('hello world', 50);
```
async 函数有多种使用形式。
```javascript
// 函数声明
async function foo() {}
// 函数表达式
const foo = async function () {};
// 对象的方法
let obj = { async foo() {} };
obj.foo().then(...)
// Class 的方法
class Storage {
constructor() {
this.cachePromise = caches.open('avatars');
}
async getAvatar(name) {
const cache = await this.cachePromise;
return cache.match(`/avatars/${name}.jpg`);
}
}
const storage = new Storage();
storage.getAvatar('jake').then(…);
// 箭头函数
const foo = async () => {};
```
## 语法
`async`函数的语法规则总体上比较简单，难点是错误处理机制。
### 返回 Promise 对象
`async`函数返回一个 Promise 对象。
`async`函数内部`return`语句返回的值，会成为`then`方法回调函数的参数。
```javascript
async function f() {
return 'hello world';
}
f().then(v => console.log(v))
// "hello world"
```
上面代码中，函数`f`内部`return`命令返回的值，会被`then`方法回调函数接收到。
`async`函数内部抛出错误，会导致返回的 Promise 对象变为`reject`状态。抛出的错误对象会被`catch`方法回调函数接收到。
```javascript
async function f() {
throw new Error('出错了');
}
f().then(
v => console.log(v),
e => console.log(e)
)
// Error: 出错了
```
### Promise 对象的状态变化
`async`函数返回的 Promise 对象，必须等到内部所有`await`命令后面的 Promise 对象执行完，才会发生状态改变，除非遇到`return`语句或者抛出错误。也就是说，只有`async`函数内部的异步操作执行完，才会执行`then`方法指定的回调函数。
下面是一个例子。
```javascript
async function getTitle(url) {
let response = await fetch(url);
let html = await response.text();
return html.match(/<title>([\s\S]+)<\/title>/i)[1];
}
getTitle('https://tc39.github.io/ecma262/').then(console.log)
// "ECMAScript 2017 Language Specification"
```
上面代码中，函数`getTitle`内部有三个操作：抓取网页、取出文本、匹配页面标题。只有这三个操作全部完成，才会执行`then`方法里面的`console.log`。
### await 命令
正常情况下，`await`命令后面是一个 Promise 对象，返回该对象的结果。如果不是 Promise 对象，就直接返回对应的值。
```javascript
async function f() {
// 等同于
// return 123;
return await 123;
}
f().then(v => console.log(v))
// 123
```
上面代码中，`await`命令的参数是数值`123`，这时等同于`return 123`。
另一种情况是，`await`命令后面是一个`thenable`对象（即定义`then`方法的对象），那么`await`会将其等同于 Promise 对象。
```javascript
class Sleep {
constructor(timeout) {
this.timeout = timeout;
}
then(resolve, reject) {
const startTime = Date.now();
setTimeout(
() => resolve(Date.now() - startTime),
this.timeout
);
}
}
(async () => {
const sleepTime = await new Sleep(1000);
console.log(sleepTime);
})();
// 1000
```
上面代码中，`await`命令后面是一个`Sleep`对象的实例。这个实例不是 Promise 对象，但是因为定义了`then`方法，`await`会将其视为`Promise`处理。
这个例子还演示了如何实现休眠效果。JavaScript 一直没有休眠的语法，但是借助`await`命令就可以让程序停顿指定的时间。下面给出了一个简化的`sleep`实现。
```javascript
function sleep(interval) {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(resolve, interval);
})
}
// 用法
async function one2FiveInAsync() {
for(let i = 1; i <= 5; i++) {
console.log(i);
await sleep(1000);
}
}
one2FiveInAsync();
```
`await`命令后面的 Promise 对象如果变为`reject`状态，则`reject`的参数会被`catch`方法的回调函数接收到。
```javascript
async function f() {
await Promise.reject('出错了');
}
f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))
// 出错了
```
注意，上面代码中，`await`语句前面没有`return`，但是`reject`方法的参数依然传入了`catch`方法的回调函数。这里如果在`await`前面加上`return`，效果是一样的。
任何一个`await`语句后面的 Promise 对象变为`reject`状态，那么整个`async`函数都会中断执行。
```javascript
async function f() {
await Promise.reject('出错了');
await Promise.resolve('hello world'); // 不会执行
}
```
上面代码中，第二个`await`语句是不会执行的，因为第一个`await`语句状态变成了`reject`。
有时，我们希望即使前一个异步操作失败，也不要中断后面的异步操作。这时可以将第一个`await`放在`try...catch`结构里面，这样不管这个异步操作是否成功，第二个`await`都会执行。
```javascript
async function f() {
try {
await Promise.reject('出错了');
} catch(e) {
}
return await Promise.resolve('hello world');
}
f()
.then(v => console.log(v))
// hello world
```
另一种方法是`await`后面的 Promise 对象再跟一个`catch`方法，处理前面可能出现的错误。
```javascript
async function f() {
await Promise.reject('出错了')
.catch(e => console.log(e));
return await Promise.resolve('hello world');
}
f()
.then(v => console.log(v))
// 出错了
// hello world
```
### 错误处理
如果`await`后面的异步操作出错，那么等同于`async`函数返回的 Promise 对象被`reject`。
```javascript
async function f() {
await new Promise(function (resolve, reject) {
throw new Error('出错了');
});
}
f()
.then(v => console.log(v))
.catch(e => console.log(e))
// Error：出错了
```
上面代码中，`async`函数`f`执行后，`await`后面的 Promise 对象会抛出一个错误对象，导致`catch`方法的回调函数被调用，它的参数就是抛出的错误对象。具体的执行机制，可以参考后文的“async 函数的实现原理”。
防止出错的方法，也是将其放在`try...catch`代码块之中。
```javascript
async function f() {
try {
await new Promise(function (resolve, reject) {
throw new Error('出错了');
});
} catch(e) {
}
return await('hello world');
}
```
如果有多个`await`命令，可以统一放在`try...catch`结构中。
```javascript
async function main() {
try {
const val1 = await firstStep();
const val2 = await secondStep(val1);
const val3 = await thirdStep(val1, val2);
console.log('Final: ', val3);
}
catch (err) {
console.error(err);
}
}
```
下面的例子使用`try...catch`结构，实现多次重复尝试。
```javascript
const superagent = require('superagent');
const NUM_RETRIES = 3;
async function test() {
let i;
for (i = 0; i < NUM_RETRIES; ++i) {
try {
await superagent.get('http://google.com/this-throws-an-error');
break;
} catch(err) {}
}
console.log(i); // 3
}
test();
```
上面代码中，如果`await`操作成功，就会使用`break`语句退出循环；如果失败，会被`catch`语句捕捉，然后进入下一轮循环。
### 使用注意点
第一点，前面已经说过，`await`命令后面的`Promise`对象，运行结果可能是`rejected`，所以最好把`await`命令放在`try...catch`代码块中。
```javascript
async function myFunction() {
try {
await somethingThatReturnsAPromise();
} catch (err) {
console.log(err);
}
}
// 另一种写法
async function myFunction() {
await somethingThatReturnsAPromise()
.catch(function (err) {
console.log(err);
});
}
```
第二点，多个`await`命令后面的异步操作，如果不存在继发关系，最好让它们同时触发。
```javascript
let foo = await getFoo();
let bar = await getBar();
```
上面代码中，`getFoo`和`getBar`是两个独立的异步操作（即互不依赖），被写成继发关系。这样比较耗时，因为只有`getFoo`完成以后，才会执行`getBar`，完全可以让它们同时触发。
```javascript
// 写法一
let [foo, bar] = await Promise.all([getFoo(), getBar()]);
// 写法二
let fooPromise = getFoo();
let barPromise = getBar();
let foo = await fooPromise;
let bar = await barPromise;
```
上面两种写法，`getFoo`和`getBar`都是同时触发，这样就会缩短程序的执行时间。
第三点，`await`命令只能用在`async`函数之中，如果用在普通函数，就会报错。
```javascript
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
// 报错
docs.forEach(function (doc) {
await db.post(doc);
});
}
```
上面代码会报错，因为`await`用在普通函数之中了。但是，如果将`forEach`方法的参数改成`async`函数，也有问题。
```javascript
function dbFuc(db) { //这里不需要 async
let docs = [{}, {}, {}];
// 可能得到错误结果
docs.forEach(async function (doc) {
await db.post(doc);
});
}
```
上面代码可能不会正常工作，原因是这时三个`db.post`操作将是并发执行，也就是同时执行，而不是继发执行。正确的写法是采用`for`循环。
```javascript
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
for (let doc of docs) {
await db.post(doc);
}
}
```
另一种方法是使用数组的`reduce`方法。
```javascript
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
await docs.reduce(async (_, doc) => {
await _;
await db.post(doc);
}, undefined);
}
```
上面例子中，`reduce`方法的第一个参数是`async`函数，导致该函数的第一个参数是前一步操作返回的 Promise 对象，所以必须使用`await`等待它操作结束。另外，`reduce`方法返回的是`docs`数组最后一个成员的`async`函数的执行结果，也是一个 Promise 对象，导致在它前面也必须加上`await`。
如果确实希望多个请求并发执行，可以使用`Promise.all`方法。当三个请求都会`resolved`时，下面两种写法效果相同。
```javascript
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
let results = await Promise.all(promises);
console.log(results);
}
// 或者使用下面的写法
async function dbFuc(db) {
let docs = [{}, {}, {}];
let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));
let results = [];
for (let promise of promises) {
results.push(await promise);
}
console.log(results);
}
```
第四点，async 函数可以保留运行堆栈。
```javascript
const a = () => {
b().then(() => c());
};
```
上面代码中，函数`a`内部运行了一个异步任务`b()`。当`b()`运行的时候，函数`a()`不会中断，而是继续执行。等到`b()`运行结束，可能`a()`早就运行结束了，`b()`所在的上下文环境已经消失了。如果`b()`或`c()`报错，错误堆栈将不包括`a()`。
现在将这个例子改成`async`函数。
```javascript
const a = async () => {
await b();
c();
};
```
上面代码中，`b()`运行的时候，`a()`是暂停执行，上下文环境都保存着。一旦`b()`或`c()`报错，错误堆栈将包括`a()`。
## async 函数的实现原理
async 函数的实现原理，就是将 Generator 函数和自动执行器，包装在一个函数里。
```javascript
async function fn(args) {
// ...
}
// 等同于
function fn(args) {
return spawn(function* () {
// ...
});
}
```
所有的`async`函数都可以写成上面的第二种形式，其中的`spawn`函数就是自动执行器。
下面给出`spawn`函数的实现，基本就是前文自动执行器的翻版。
```javascript
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); });
});
}
```
## 与其他异步处理方法的比较
我们通过一个例子，来看 async 函数与 Promise、Generator 函数的比较。
假定某个 DOM 元素上面，部署了一系列的动画，前一个动画结束，才能开始后一个。如果当中有一个动画出错，就不再往下执行，返回上一个成功执行的动画的返回值。
首先是 Promise 的写法。
```javascript
function chainAnimationsPromise(elem, animations) {
// 变量ret用来保存上一个动画的返回值
let ret = null;
// 新建一个空的Promise
let p = Promise.resolve();
// 使用then方法，添加所有动画
for(let anim of animations) {
p = p.then(function(val) {
ret = val;
return anim(elem);
});
}
// 返回一个部署了错误捕捉机制的Promise
return p.catch(function(e) {
/* 忽略错误，继续执行 */
}).then(function() {
return ret;
});
}
```
虽然 Promise 的写法比回调函数的写法大大改进，但是一眼看上去，代码完全都是 Promise 的 API（`then`、`catch`等等），操作本身的语义反而不容易看出来。
接着是 Generator 函数的写法。
```javascript
function chainAnimationsGenerator(elem, animations) {
return spawn(function*() {
let ret = null;
try {
for(let anim of animations) {
ret = yield anim(elem);
}
} catch(e) {
/* 忽略错误，继续执行 */
}
return ret;
});
}
```
上面代码使用 Generator 函数遍历了每个动画，语义比 Promise 写法更清晰，用户定义的操作全部都出现在`spawn`函数的内部。这个写法的问题在于，必须有一个任务运行器，自动执行 Generator 函数，上面代码的`spawn`函数就是自动执行器，它返回一个 Promise 对象，而且必须保证`yield`语句后面的表达式，必须返回一个 Promise。
最后是 async 函数的写法。
```javascript
async function chainAnimationsAsync(elem, animations) {
let ret = null;
try {
for(let anim of animations) {
ret = await anim(elem);
}
} catch(e) {
/* 忽略错误，继续执行 */
}
return ret;
}
```
可以看到 Async 函数的实现最简洁，最符合语义，几乎没有语义不相关的代码。它将 Generator 写法中的自动执行器，改在语言层面提供，不暴露给用户，因此代码量最少。如果使用 Generator 写法，自动执行器需要用户自己提供。
## 实例：按顺序完成异步操作
实际开发中，经常遇到一组异步操作，需要按照顺序完成。比如，依次远程读取一组 URL，然后按照读取的顺序输出结果。
Promise 的写法如下。
```javascript
function logInOrder(urls) {
// 远程读取所有URL
const textPromises = urls.map(url => {
return fetch(url).then(response => response.text());
});
// 按次序输出
textPromises.reduce((chain, textPromise) => {
return chain.then(() => textPromise)
.then(text => console.log(text));
}, Promise.resolve());
}
```
上面代码使用`fetch`方法，同时远程读取一组 URL。每个`fetch`操作都返回一个 Promise 对象，放入`textPromises`数组。然后，`reduce`方法依次处理每个 Promise 对象，然后使用`then`，将所有 Promise 对象连起来，因此就可以依次输出结果。
这种写法不太直观，可读性比较差。下面是 async 函数实现。
```javascript
async function logInOrder(urls) {
for (const url of urls) {
const response = await fetch(url);
console.log(await response.text());
}
}
```
上面代码确实大大简化，问题是所有远程操作都是继发。只有前一个 URL 返回结果，才会去读取下一个 URL，这样做效率很差，非常浪费时间。我们需要的是并发发出远程请求。
```javascript
async function logInOrder(urls) {
// 并发读取远程URL
const textPromises = urls.map(async url => {
const response = await fetch(url);
return response.text();
});
// 按次序输出
for (const textPromise of textPromises) {
console.log(await textPromise);
}
}
```
上面代码中，虽然`map`方法的参数是`async`函数，但它是并发执行的，因为只有`async`函数内部是继发执行，外部不受影响。后面的`for..of`循环内部使用了`await`，因此实现了按顺序输出。
## 顶层 await
根据语法规格，`await`命令只能出现在 async 函数内部，否则都会报错。
```javascript
// 报错
const data = await fetch('https://api.example.com');
```
上面代码中，`await`命令独立使用，没有放在 async 函数里面，就会报错。
目前，有一个[语法提案](https://github.com/tc39/proposal-top-level-await)，允许在模块的顶层独立使用`await`命令，使得上面那行代码不会报错了。这个提案的目的，是借用`await`解决模块异步加载的问题。
```javascript
// awaiting.js
let output;
async function main() {
const dynamic = await import(someMission);
const data = await fetch(url);
output = someProcess(dynamic.default, data);
}
main();
export { output };
```
上面代码中，模块`awaiting.js`的输出值`output`，取决于异步操作。我们把异步操作包装在一个 async 函数里面，然后调用这个函数，只有等里面的异步操作都执行，变量`output`才会有值，否则就返回`undefined`。
上面的代码也可以写成立即执行函数的形式。
```javascript
// awaiting.js
let output;
(async function1 main() {
const dynamic = await import(someMission);
const data = await fetch(url);
output = someProcess(dynamic.default, data);
})();
export { output };
```
下面是加载这个模块的写法。
```javascript
// usage.js
import { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100), 1000);
```
上面代码中，`outputPlusValue()`的执行结果，完全取决于执行的时间。如果`awaiting.js`里面的异步操作没执行完，加载进来的`output`的值就是`undefined`。
目前的解决方法，就是让原始模块输出一个 Promise 对象，从这个 Promise 对象判断异步操作有没有结束。
```javascript
// awaiting.js
let output;
export default (async function main() {
const dynamic = await import(someMission);
const data = await fetch(url);
output = someProcess(dynamic.default, data);
})();
export { output };
```
上面代码中，`awaiting.js`除了输出`output`，还默认输出一个 Promise 对象（async 函数立即执行后，返回一个 Promise 对象），从这个对象判断异步操作是否结束。
下面是加载这个模块的新的写法。
```javascript
// usage.js
import promise, { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
promise.then(() => {
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100), 1000);
});
```
上面代码中，将`awaiting.js`对象的输出，放在`promise.then()`里面，这样就能保证异步操作完成以后，才去读取`output`。
这种写法比较麻烦，等于要求模块的使用者遵守一个额外的使用协议，按照特殊的方法使用这个模块。一旦你忘了要用 Promise 加载，只使用正常的加载方法，依赖这个模块的代码就可能出错。而且，如果上面的`usage.js`又有对外的输出，等于这个依赖链的所有模块都要使用 Promise 加载。
顶层的`await`命令，就是为了解决这个问题。它保证只有异步操作完成，模块才会输出值。
```javascript
// awaiting.js
const dynamic = import(someMission);
const data = fetch(url);
export const output = someProcess((await dynamic).default, await data);
```
上面代码中，两个异步操作在输出的时候，都加上了`await`命令。只有等到异步操作完成，这个模块才会输出值。
加载这个模块的写法如下。
```javascript
// usage.js
import { output } from "./awaiting.js";
function outputPlusValue(value) { return output + value }
console.log(outputPlusValue(100));
setTimeout(() => console.log(outputPlusValue(100), 1000);
```
上面代码的写法，与普通的模块加载完全一样。也就是说，模块的使用者完全不用关心，依赖模块的内部有没有异步操作，正常加载即可。
这时，模块的加载会等待依赖模块（上例是`awaiting.js`）的异步操作完成，才执行后面的代码，有点像暂停在那里。所以，它总是会得到正确的`output`，不会因为加载时机的不同，而得到不一样的值。
下面是顶层`await`的一些使用场景。
```javascript
// import() 方法加载
const strings = await import(`/i18n/${navigator.language}`);
// 数据库操作
const connection = await dbConnector();
// 依赖回滚
let jQuery;
try {
jQuery = await import('https://cdn-a.com/jQuery');
} catch {
jQuery = await import('https://cdn-b.com/jQuery');
}
```
注意，如果加载多个包含顶层`await`命令的模块，加载命令是同步执行的。
```javascript
// x.js
console.log("X1");
await new Promise(r => setTimeout(r, 1000));
console.log("X2");
// y.js
console.log("Y");
// z.js
import "./x.js";
import "./y.js";
console.log("Z");
```
上面代码有三个模块，最后的`z.js`加载`x.js`和`y.js`，打印结果是`X1`、`Y`、`X2`、`Z`。这说明，`z.js`并没有等待`x.js`加载完成，再去加载`y.js`。
顶层的`await`命令有点像，交出代码的执行权给其他的模块加载，等异步操作完成后，再拿回执行权，继续向下执行。
