前言

我們知道Javascript語言的執行環境是"單線程"。也就是指一次只能完成一件任務。如果有多個任務，就必須排隊，前面一個任務完成，再執行后面一個任務。

這種模式雖然實現起來比較簡單，執行環境相對單純，但是只要有一個任務耗時很長，后面的任務都必須排隊等著，會拖延整個程序的執行。常見的瀏覽器無響應（假死），往往就是因為某一段Javascript代碼長時間運行（比如死循環），導致整個頁面卡在這個地方，其他任務無法執行。

為了解決這個問題，Javascript語言將任務的執行模式分成兩種：同步和異步。本文主要介紹異步編程幾種辦法，并通過比較，得到***異步編程的解決方案！

一、同步與異步

我們可以通俗理解為異步就是一個任務分成兩段，先執行***段，然后轉而執行其他任務，等做好了準備，再回過頭執行第二段。排在異步任務后面的代碼，不用等待異步任務結束會馬上運行，也就是說，異步任務不具有”堵塞“效應。比如，有一個任務是讀取文件進行處理，異步的執行過程就是下面這樣

這種不連續的執行，就叫做異步。相應地，連續的執行，就叫做同步

"異步模式"非常重要。在瀏覽器端，耗時很長的操作都應該異步執行，避免瀏覽器失去響應，***的例子就是Ajax操作。在服務器端，"異步模式"甚至是唯一的模式，因為執行環境是單線程的，如果允許同步執行所有http請求，服務器性能會急劇下降，很快就會失去響應。接下來介紹下異步編程六種方法。

二、回調函數（Callback）

回調函數是異步操作最基本的方法。以下代碼就是一個回調函數的例子： 

ajax(url, () => {  
    // 處理邏輯  
}) 

但是回調函數有一個致命的弱點，就是容易寫出回調地獄（Callback hell）。假設多個請求存在依賴性，你可能就會寫出如下代碼： 

ajax(url, () => {  
    // 處理邏輯  
    ajax(url1, () => {  
        // 處理邏輯  
        ajax(url2, () => {  
            // 處理邏輯  
        })  
    })  
}) 

回調函數的優點是簡單、容易理解和實現，缺點是不利于代碼的閱讀和維護，各個部分之間高度耦合，使得程序結構混亂、流程難以追蹤（尤其是多個回調函數嵌套的情況），而且每個任務只能指定一個回調函數。此外它不能使用 try catch 捕獲錯誤，不能直接 return。

三、事件監聽

這種方式下，異步任務的執行不取決于代碼的順序，而取決于某個事件是否發生。

下面是兩個函數f1和f2，編程的意圖是f2必須等到f1執行完成，才能執行。首先，為f1綁定一個事件（這里采用的jQuery的寫法） 

f1.on('done', f2); 

上面這行代碼的意思是，當f1發生done事件，就執行f2。然后，對f1進行改寫： 

function f1() {  
  setTimeout(function () {  
    // ...  
    f1.trigger('done');  
  }, 1000);  
} 

上面代碼中，f1.trigger('done')表示，執行完成后，立即觸發done事件，從而開始執行f2。

這種方法的優點是比較容易理解，可以綁定多個事件，每個事件可以指定多個回調函數，而且可以"去耦合"，有利于實現模塊化。缺點是整個程序都要變成事件驅動型，運行流程會變得很不清晰。閱讀代碼的時候，很難看出主流程。

四、發布訂閱

我們假定，存在一個"信號中心"，某個任務執行完成，就向信號中心"發布"（publish）一個信號，其他任務可以向信號中心"訂閱"（subscribe）這個信號，從而知道什么時候自己可以開始執行。這就叫做"發布/訂閱模式"（publish-subscribe pattern），又稱"觀察者模式"（observer pattern）。

首先，f2向信號中心jQuery訂閱done信號。 

jQuery.subscribe('done', f2); 

然后，f1進行如下改寫： 

function f1() {  
  setTimeout(function () {  
    // ...  
    jQuery.publish('done');  
  }, 1000);  
} 

上面代碼中，jQuery.publish('done')的意思是，f1執行完成后，向信號中心jQuery發布done信號，從而引發f2的執行。

f2完成執行后，可以取消訂閱（unsubscribe） 

jQuery.unsubscribe('done', f2); 

這種方法的性質與“事件監聽”類似，但是明顯優于后者。因為可以通過查看“消息中心”，了解存在多少信號、每個信號有多少訂閱者，從而監控程序的運行。

五、Promise/A+

Promise本意是承諾，在程序中的意思就是承諾我過一段時間后會給你一個結果。 什么時候會用到過一段時間？答案是異步操作，異步是指可能比較長時間才有結果的才做，例如網絡請求、讀取本地文件等

1.Promise的三種狀態

•  Pending----Promise對象實例創建時候的初始狀態
•  Fulfilled----可以理解為成功的狀態
•  Rejected----可以理解為失敗的狀態

這個承諾一旦從等待狀態變成為其他狀態就永遠不能更改狀態了，比如說一旦狀態變為 resolved 后，就不能再次改變為Fulfilled 

let p = new Promise((resolve, reject) => {  
  reject('reject')  
  resolve('success')//無效代碼不會執行  
})  
p.then(  
  value => {  
    console.log(value)  
  },  
  reason => {  
    console.log(reason)//reject  
  }  
) 

當我們在構造 Promise 的時候，構造函數內部的代碼是立即執行的 

new Promise((resolve, reject) => {  
  console.log('new Promise')  
  resolve('success')  
})  
console.log('end')  
// new Promise => end 

2.promise的鏈式調用

•  每次調用返回的都是一個新的Promise實例(這就是then可用鏈式調用的原因)
•  如果then中返回的是一個結果的話會把這個結果傳遞下一次then中的成功回調
•  如果then中出現異常,會走下一個then的失敗回調
•  在 then中使用了return，那么 return 的值會被Promise.resolve() 包裝(見例1，2)
•  then中可以不傳遞參數，如果不傳遞會透到下一個then中(見例3)
•  catch 會捕獲到沒有捕獲的異常

接下來我們看幾個例子： 

// 例1  
Promise.resolve(1)  
.then(res => {  
  console.log(res)  
  return 2 //包裝成 Promise.resolve(2)  
})  
.catch(err => 3)  
.then(res => console.log(res))  

// 例2  
Promise.resolve(1)  
  .then(x => x + 1)  
  .then(x => {  
    throw new Error('My Error')  
  })  
  .catch(() => 1)  
  .then(x => x + 1)  
  .then(x => console.log(x)) //2  
  .catch(console.error)  

// 例3  
let fs = require('fs')  
function read(url) {  
  return new Promise((resolve, reject) => {  
    fs.readFile(url, 'utf8', (err, data) => {  
      if (err) reject(err)  
      resolve(data)  
    })  
  })  
}  
read('./name.txt')  
  .then(function(data) {  
    throw new Error() //then中出現異常,會走下一個then的失敗回調  
  }) //由于下一個then沒有失敗回調，就會繼續往下找，如果都沒有，就會被catch捕獲到  
  .then(function(data) {  
    console.log('data')  
  })  
  .then()  
  .then(null, function(err) {  
    console.log('then', err)// then error  
  })  
  .catch(function(err) {  
    console.log('error')  
  }) 

Promise不僅能夠捕獲錯誤，而且也很好地解決了回調地獄的問題，可以把之前的回調地獄例子改寫為如下代碼： 

ajax(url)  
  .then(res => {  
      console.log(res)  
      return ajax(url1)  
  }).then(res => {  
      console.log(res)  
      return ajax(url2)  
  }).then(res => console.log(res)) 

它也是存在一些缺點的，比如無法取消 Promise，錯誤需要通過回調函數捕獲。

六、生成器Generators/ yield

Generator 函數是 ES6 提供的一種異步編程解決方案，語法行為與傳統函數完全不同，Generator ***的特點就是可以控制函數的執行。

•  語法上，首先可以把它理解成，Generator 函數是一個狀態機，封裝了多個內部狀態。
•  Generator 函數除了狀態機，還是一個遍歷器對象生成函數。
•  可暫停函數, yield可暫停，next方法可啟動，每次返回的是yield后的表達式結果。
•  yield表達式本身沒有返回值，或者說總是返回undefined。next方法可以帶一個參數，該參數就會被當作上一個yield表達式的返回值。

我們先來看個例子： 

function *foo(x) {  
  let y = 2 * (yield (x + 1))  
  let z = yield (y / 3)  
  return (x + y + z)  
}  
let it = foo(5)  
console.log(it.next())   // => {value: 6, done: false}  
console.log(it.next(12)) // => {value: 8, done: false}  
console.log(it.next(13)) // => {value: 42, done: true} 

可能結果跟你想象不一致，接下來我們逐行代碼分析：

•  首先 Generator 函數調用和普通函數不同，它會返回一個迭代器
•  當執行***次 next 時，傳參會被忽略，并且函數暫停在 yield (x + 1) 處，所以返回 5 + 1 = 6
•  當執行第二次 next 時，傳入的參數12就會被當作上一個yield表達式的返回值，如果你不傳參，yield 永遠返回 undefined。此時 let y = 2 12，所以第二個 yield 等于 2 12 / 3 = 8
•  當執行第三次 next 時，傳入的參數13就會被當作上一個yield表達式的返回值，所以 z = 13, x = 5, y = 24，相加等于 42

我們再來看個例子：有三個本地文件，分別1.txt,2.txt和3.txt，內容都只有一句話，下一個請求依賴上一個請求的結果，想通過Generator函數依次調用三個文件 

//1.txt文件  
2.txt  

//2.txt文件  
3.txt  

//3.txt文件  
結束  

let fs = require('fs')  
function read(file) {  
  return new Promise(function(resolve, reject) {  
    fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {  
      if (err) reject(err)  
      resolve(data)  
    })  
  })  
}  
function* r() {  
  let r1 = yield read('./1.txt')  
  let r2 = yield read(r1)  
  let r3 = yield read(r2)  
  console.log(r1)  
  console.log(r2)  
  console.log(r3)  
}  
let it = r()  
let { value, done } = it.next()  
value.then(function(data) { // value是個promise  
  console.log(data) //data=>2.txt  
  let { value, done } = it.next(data)  
  value.then(function(data) {  
    console.log(data) //data=>3.txt  
    let { value, done } = it.next(data)  
    value.then(function(data) {  
      console.log(data) //data=>結束  
    })  
  })  
})  
// 2.txt=>3.txt=>結束 

從上例中我們看出手動迭代Generator 函數很麻煩，實現邏輯有點繞，而實際開發一般會配合 co 庫去使用。co是一個為Node.js和瀏覽器打造的基于生成器的流程控制工具，借助于Promise，你可以使用更加優雅的方式編寫非阻塞代碼。

安裝co庫只需：npm install co

上面例子只需兩句話就可以輕松實現 

function* r() {  
  let r1 = yield read('./1.txt')  
  let r2 = yield read(r1)  
  let r3 = yield read(r2)  
  console.log(r1)  
  console.log(r2)  
  console.log(r3)  
}  
let co = require('co')  
co(r()).then(function(data) {  
  console.log(data)  
})  
// 2.txt=>3.txt=>結束=>undefined 

我們可以通過 Generator 函數解決回調地獄的問題，可以把之前的回調地獄例子改寫為如下代碼： 

function *fetch() {  
    yield ajax(url, () => {})  
    yield ajax(url1, () => {})  
    yield ajax(url2, () => {})  
}  
let it = fetch()  
let result1 = it.next()  
let result2 = it.next()  
let result3 = it.next() 

七、async/await

1.Async/Await簡介 

使用async/await，你可以輕松地達成之前使用生成器和co函數所做到的工作,它有如下特點：

•  async/await是基于Promise實現的，它不能用于普通的回調函數。
•  async/await與Promise一樣，是非阻塞的。
•  async/await使得異步代碼看起來像同步代碼，這正是它的魔力所在。

一個函數如果加上 async ，那么該函數就會返回一個 Promise 

async function async1() {  
  return "1"  
}  
console.log(async1()) // -> Promise {<resolved>: "1"} 

Generator函數依次調用三個文件那個例子用async/await寫法，只需幾句話便可實現 

let fs = require('fs')  
function read(file) {  
  return new Promise(function(resolve, reject) {  
    fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {  
      if (err) reject(err)  
      resolve(data)  
    })  
  })  
}  
async function readResult(params) {  
  try {  
    let p1 = await read(params, 'utf8')//await后面跟的是一個Promise實例  
    let p2 = await read(p1, 'utf8')  
    let p3 = await read(p2, 'utf8')  
    console.log('p1', p1)  
    console.log('p2', p2)  
    console.log('p3', p3)  
    return p3  
  } catch (error) {  
    console.log(error)  
  }  
}  
readResult('1.txt').then( // async函數返回的也是個promise  
  data => {  
    console.log(data)  
  },  
  err => console.log(err)  
)  
// p1 2.txt  
// p2 3.txt  
// p3 結束  
// 結束 

2.Async/Await并發請求

如果請求兩個文件，毫無關系，可以通過并發請求 

let fs = require('fs')  
function read(file) {  
  return new Promise(function(resolve, reject) {  
    fs.readFile(file, 'utf8', function(err, data) {  
      if (err) reject(err)  
      resolve(data)  
    })  
  })  
}  
function readAll() {  
  read1()  
  read2()//這個函數同步執行  
}  
async function read1() {  
  let r = await read('1.txt','utf8')  
  console.log(r)  
}  
async function read2() {  
  let r = await read('2.txt','utf8')  
  console.log(r)  
}  
readAll() // 2.txt 3.txt 

八、總結

1.JS 異步編程進化史：callback -> promise -> generator -> async + await

2.async/await 函數的實現，就是將 Generator 函數和自動執行器，包裝在一個函數里。

3.async/await可以說是異步***解決方案了。

(1) async/await函數相對于Promise，優勢體現在：

•  處理 then 的調用鏈，能夠更清晰準確的寫出代碼
•  并且也能優雅地解決回調地獄問題。

當然async/await函數也存在一些缺點，因為 await 將異步代碼改造成了同步代碼，如果多個異步代碼沒有依賴性卻使用了 await 會導致性能上的降低，代碼沒有依賴性的話，完全可以使用 Promise.all 的方式。

(2) async/await函數對 Generator 函數的改進，體現在以下三點：

•  內置執行器。

Generator 函數的執行必須靠執行器，所以才有了 co 函數庫，而 async 函數自帶執行器。也就是說，async 函數的執行，與普通函數一模一樣，只要一行。

•  更廣的適用性。 co 函數庫約定，yield 命令后面只能是 Thunk 函數或 Promise 對象，而 async 函數的 await 命令后面，可以跟 Promise 對象和原始類型的值（數值、字符串和布爾值，但這時等同于同步操作）。
•  更好的語義。 async 和 await，比起星號和 yield，語義更清楚了。async 表示函數里有異步操作，await 表示緊跟在后面的表達式需要等待結果。