async与await

async/await的基础用法

一、async/await的优点

1）方便级联调用：即调用依次发生的场景；

2）同步代码编写方式： Promise使用then函数进行链式调用，一直点点点，是一种从左向右的横向写法；async/await从上到下，顺序执行，就像写同步代码一样，更符合代码编写习惯；

3）多个参数传递： Promise的then函数只能传递一个参数，虽然可以通过包装成对象来传递多个参数，但是会导致传递冗余信息，频繁的解析又重新组合参数，比较麻烦；async/await没有这个限制，可以当做普通的局部变量来处理，用let或者const定义的块级变量想怎么用就怎么用，想定义几个就定义几个，完全没有限制，也没有冗余工作；

4）同步代码和异步代码可以一起编写： 使用Promise的时候最好将同步代码和异步代码放在不同的then节点中，这样结构更加清晰；async/await整个书写习惯都是同步的，不需要纠结同步和异步的区别，当然，异步过程需要包装成一个Promise对象放在await关键字后面；

5）基于协程： Promise是根据函数式编程的范式，对异步过程进行了一层封装，async/await基于协程的机制，是真正的“保存上下文，控制权切换……控制权恢复，取回上下文”这种机制，是对异步过程更精确的一种描述；

6）async/await是对Promise的优化： async/await是基于Promise的，是进一步的一种优化，不过在写代码时，Promise本身的API出现得很少，很接近同步代码的写法；

二、协程

• 进程>线程>协程
• 协程的第一大优势是具有极高的执行效率，因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显；
• 协程的第二大优势是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多；
• 协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行，需要注意的是：在一个子程序中中断，去执行其他子程序，这并不是函数调用，有点类似于CPU的中断；
• 用汽车和公路举个例子：js公路只是单行道（主线程），但是有很多车道（辅助线程）都可以汇入车流（异步任务完成后回调进入主线程的任务队列）；generator把js公路变成了多车道（协程实现），但是同一时间只有一个车道上的车能开（依然单线程），不过可以自由变道（移交控制权）；
• 协程意思是多个线程互相协作，完成异步任务，运行流程大致如下：
  1）协程A开始执行；
  2）协程A执行到一半，进入暂停，执行权转移到协程B；
  3）一段时间后，协程B交还执行权；
  4）协程A恢复执行；
• 协程是一个无优先级的子程序调度组件，允许子程序在特定的地点挂起恢复；
• 线程包含于进程，协程包含于线程，只要内存足够，一个线程中可以有任意多个协程，但某一个时刻只能有一个协程在运行，多个协程分享该线程分配到的计算机资源；
• 就实际使用理解来说，协程允许我们写同步代码的逻辑，却做着异步的事，避免了回调嵌套，使得代码逻辑清晰；
• 何时挂起，唤醒协程：协程是为了使用异步的优势，异步操作是为了避免IO操作阻塞线程，那么协程挂起的时刻应该是当前协程发起异步操作的时候，而唤醒应该在其他协程退出，并且他的异步操作完成时；
• 单线程内开启协程，一旦遇到io，从应用程序级别（而非操作系统）控制切换对比操作系统控制线程的切换，用户在单线程内控制协程的切换，优点如下：
  1）协程的切换开销更小，属于程序级别的切换，操作系统完全感知不到，因而更加轻量级；
  2）单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu；

// 传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息，一个线程取消息，通过锁机制控制队列和等待，但一不小心就可能死锁。

// 如果改用协程，生产者生产消息后，直接通过yield跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换回生产者继续生产，效率极高：
import time

def consumer():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
        time.sleep(1)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.next()
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
    c.close()

if __name__=='__main__':
    c = consumer()
    produce(c)

[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK

注意到consumer函数是一个generator（生成器），把一个consumer传入produce后：

首先调用c.next()启动生成器；

然后，一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行；

consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回；

produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息；

produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束。

整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。
三、async关键字

1）表明程序里面可能有异步过程： async关键字表明程序里面可能有异步过程，里面可以有await关键字；当然全部是同步代码也没关系，但是这样async关键字就显得多余了；

2）非阻塞： async函数里面如果有异步过程会等待，但是async函数本身会马上返回，不会阻塞当前线程，可以简单认为，async函数工作在主线程，同步执行，不会阻塞界面渲染，async函数内部由await关键字修饰的异步过程，工作在相应的协程上，会阻塞等待异步任务的完成再返回；

3）async函数返回类型为Promise对象： 这是和普通函数本质上不同的地方，也是使用时重点注意的地方；
（1）return newPromise();这个符合async函数本意；
（2）return data;这个是同步函数的写法，这里是要特别注意的，这个时候，其实就相当于Promise.resolve(data);还是一个Promise对象，但是在调用async函数的地方通过简单的=是拿不到这个data的，因为返回值是一个Promise对象，所以需要用.then(data => { })函数才可以拿到这个data；
（3）如果没有返回值，相当于返回了Promise.resolve(undefined);

4）无等待 联想到Promise的特点，在没有await的情况下执行async函数，它会立即执行，返回一个Promise对象，并且绝对不会阻塞后面的语句，这和普通返回Promise对象的函数并无二致；

5）await不处理异步error： await是不管异步过程的reject(error)消息的，async函数返回的这个Promise对象的catch函数负责统一抓取内部所有异步过程的错误；async函数内部只要有一个异步过程发生错误，整个执行过程就中断，这个返回的Promise对象的catch就能抓取到这个错误；

5）async函数的执行： async函数执行和普通函数一样，函数名带个()就可以了，参数个数随意，没有限制，也需要有async关键字；只是返回值是一个Promise对象，可以用then函数得到返回值，用catch抓整个流程中发生的错误；

async function testAsync() {
    return "hello async";
}

const result = testAsync(); // 返回一个Promise对象
console.log(result);

// async函数返回的是一个Promise对象，async函数（包括函数语句、函数表达式、Lambda表达式）会返回一个Promise对象，如果在函数中return一个直接量，async会把这个直接量通过Promise.resolve() 封装成 Promise 对象；

// async函数返回的是一个Promise对象，所以在最外层不能用await获取其返回值的情况，应该使用原始的方式：then()链来处理这个Promise对象
testAsync().then(v => {
    console.log(v);    // 输出 hello async
});

四、await关键字

1）await只能在async函数内部使用：不能放在普通函数里面，否则会报错；

2）await关键字后面跟Promise对象：在Pending状态时，相应的协程会交出控制权，进入等待状态，这是协程的本质；

3）await是async wait的意思： wait的是resolve(data)的消息，并把数据data返回，比如下面代码中，当Promise对象由Pending变为Resolved的时候，变量a就等于data，然后再顺序执行下面的语句console.log(a)，这真的是等待，真的是顺序执行，表现和同步代码几乎一模一样；

const a = await new Promise((resolve, reject) => {
    // async process ...
    return resolve(data);
});
console.log(a);

4）await后面也可以跟同步代码： 不过系统会自动将其转化成一个Promsie对象，比如：

const a = await 'hello world'

// 相当于
const a = await Promise.resolve('hello world');

// 跟同步代码是一样的，还不如省事点，直接去掉await关键字
const a = 'hello world';

5）await对于失败消息的处理： await只关心异步过程成功的消息resolve(data)，拿到相应的数据data，至于失败消息reject(error)，不关心不处理；对于错误的处理有以下几种方法供选择：
（1）让await后面的Promise对象自己catch；
（2）也可以让外面的async函数返回的Promise对象统一catch；
（3）像同步代码一样，放在一个try...catch结构中；

async componentDidMount() { // 这是React Native的回调函数，加个async关键字，没有任何影响，但是可以用await关键字
    // 将异步和同步的代码放在一个try..catch中，异常都能抓到
    try {
        let array = null;
        let data = await asyncFunction();  // 这里用await关键字，就能拿到结果值；否则，没有await的话，只能拿到Promise对象
        if (array.length > 0) {  // 这里会抛出异常，下面的catch也能抓到
            array.push(data);
        }
    } catch (error) {
        alert(JSON.stringify(error))
    }
}

6）await对于结果的处理： await是个运算符，用于组成表达式，await表达式的运算结果取决于它等的东西，如果它等到的不是一个Promise对象，那么await表达式的运算结果就是它等到的东西；如果它等到的是一个Promise对象，await就忙起来了，它会阻塞其后面的代码，等着Promise对象resolve，然后得到resolve的值，作为await表达式的运算结果；虽然是阻塞，但async函数调用并不会造成阻塞，它内部所有的阻塞都被封装在一个Promise对象中异步执行，这也正是await必须用在async函数中的原因；

五、套路分析一

// 异步过程封装
function sleep(ms) {
    return new Promise((resolve) => {
        setTimeout(() => {
            resolve('sleep for ' + ms + ' ms');
        }, ms);
    });
}

// 定义异步流程，可以将按照需要定制，就像写同步代码那样
async function asyncFunction() {
    console.time('asyncFunction total executing:');
    const sleep1 = await sleep(2000);
    console.log('sleep1: ' + sleep1);
    const [sleep2, sleep3, sleep4]= await Promise.all([sleep(2000), sleep(1000), sleep(1500)]);
    console.log('sleep2: ' + sleep2);
    console.log('sleep3: ' + sleep3);
    console.log('sleep4: ' + sleep4);
    const sleepRace = await Promise.race([sleep(3000), sleep(1000), sleep(1000)]);
    console.log('sleep race: ' + sleepRace);
    console.timeEnd('asyncFunction total executing:');
    
    return 'asyncFunction done.'  // 这个可以不返回，这里只是做个标记，为了显示流程
}

// 像普通函数调用async函数，在then函数中获取整个流程的返回信息，在catch函数统一处理出错信息
asyncFunction().then(data => {
    console.log(data);       // asyncFunction return 的内容在这里获取
}).catch(error => {
    console.log(error);      // asyncFunction 的错误统一在这里抓取
});

console.log('after asyncFunction code executing....'); // 这个代表asyncFunction函数后的代码，
                                                       // 显示asyncFunction本身会立即返回，不会阻塞主线程

// 执行结果
after asyncFunction code executing....
sleep1: sleep for 2000 ms
sleep2: sleep for 2000 ms
sleep3: sleep for 1000 ms
sleep4: sleep for 1500 ms
sleep race: sleep for 1000 ms
asyncFunction total executing:: 5006.276123046875ms
asyncFunction done.

代码分析

• after asyncFunction code executing....代码位置在async函数asyncFunction()调用之后，反而先输出，这说明async函数asyncFunction()调用之后会马上返回，不会阻塞主线程；

• sleep1: sleep for 2000 ms这是第一个await之后的第一个异步过程，最先执行，也最先完成，说明后面的代码，不论是同步和异步，都在等他执行完毕；

• sleep2 ~ sleep4这是第二个await之后的Promise.all()异步过程，这是“比慢模式”，三个sleep都完成后，再运行下面的代码，耗时最长的是2000ms；

• sleep race: sleep for 1000 ms这是第三个await之后的Promise.race()异步过程，这是“比快模式”，耗时最短sleep都完成后，就运行下面的代码，耗时最短的是1000ms；

• asyncFunction total executing:: 5006.276123046875ms这是最后的统计总共运行时间代码，三个await之后的异步过程之和：
  1000（独立的） + 2000（Promise.all） + 1000（Promise.race） = 5000ms
  这个和统计出来的5006.276123046875ms非常接近，说明上面的异步过程，和同步代码执行过程一致，协程真的是在等待异步过程执行完毕；

• asyncFunction done.这个是async函数返回的信息，在执行时的then函数中获得，说明整个流程完毕之后参数传递的过程；

六、套路分析二

/**
 * 传入参数 n，表示这个函数执行的时间（毫秒）
 * 执行的结果是 n + 200，这个值将用于下一步骤
 */
function takeLongTime(n) {
    return new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => resolve(n + 200), n);
    });
}

function step1(n) {
    console.log(`step1 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step2(n) {
    console.log(`step2 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step3(n) {
    console.log(`step3 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

// Promise方式调用
function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    step1(time1)
        .then(time2 => step2(time2))
        .then(time3 => step3(time3))
        .then(result => {
            console.log(`result is ${result}`);
            console.timeEnd("doIt");
        });
}

doIt();

// c:\var\test>node --harmony_async_await .
// step1 with 300
// step2 with 500
// step3 with 700
// result is 900
// doIt: 1507.251ms

// async/await方式调用
async function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    const time2 = await step1(time1);
    const time3 = await step2(time2);
    const result = await step3(time3);
    console.log(`result is ${result}`);
    console.timeEnd("doIt");
}

doIt();

七、套路分析三

function step1(n) {
    console.log(`step1 with ${n}`);
    return takeLongTime(n);
}

function step2(m, n) {
    console.log(`step2 with ${m} and ${n}`);
    return takeLongTime(m + n);
}

function step3(k, m, n) {
    console.log(`step3 with ${k}, ${m} and ${n}`);
    return takeLongTime(k + m + n);
}

// Promise方式调用
function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    step1(time1)
        .then(time2 => {
            return step2(time1, time2)
                .then(time3 => [time1, time2, time3]);
        })
        .then(times => {
            const [time1, time2, time3] = times;
            return step3(time1, time2, time3);
        })
        .then(result => {
            console.log(`result is ${result}`);
            console.timeEnd("doIt");
        });
}

doIt();

// async/await方式调用
async function doIt() {
    console.time("doIt");
    const time1 = 300;
    const time2 = await step1(time1);
    const time3 = await step2(time1, time2);
    const result = await step3(time1, time2, time3);
    console.log(`result is ${result}`);
    console.timeEnd("doIt");
}

doIt();

// c:\var\test>node --harmony_async_await .
// step1 with 300
// step2 with 800 = 300 + 500
// step3 with 1800 = 300 + 500 + 1000
// result is 2000
// doIt: 2907.387ms