async 和 await 的本质

​    async 和 await 几乎是 NodeJS 的最典型关键字，最能代表 NodeJS 的特色，然而掌握这两个关键字的原理却不容易。这篇文章使用从零“构建”出 async 和 await 关键字的方式，来帮助理清 async 和 await 的本质。

    先用一句话概括：async 和 await 是内置了执行器的 generator 函数。

    什么是 generator 函数？顾名思义，generator 函数就是一个生成器。生成的是一个可以多次通过 .next() 迭代的对象，例如，定义一个 generator 函数如下：

let g = function* () {
  yield 1
  yield 2
  return 3
}

    其中，yield 关键字定义每次迭代的返回值，最后一个返回值用 return。

    然后，就可以用它来生成一个可迭代的对象：

let iter = g()
​
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())

    以上代码执行的结果是：

{ value: 1, done: false }
{ value: 2, done: false }
{ value: 3, done: true }
{ value: undefined, done: true }

    generator 函数也可以接收参数：

let g = function* (a, b) {
  yield a
  yield b
  return a + b
}
​
let iter = g(1, 2)
​
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())
console.log(iter.next())

    执行结果：

{ value: 1, done: false }
{ value: 2, done: false }
{ value: 3, done: true }
{ value: undefined, done: true }

    

    接下来是一个关键点：前面的例子中，调用next() 时并没有传递参数，但是实际上 next() 是可以接受参数的，而且这个参数和 yield 关键字有特殊的关系：

let g = function* () {
  let ret = yield 1
  return ret
}
​
let iter = g()
​
console.log(iter.next())
console.log(iter.next(2))

    以上代码的执行结果是：

{ value: 1, done: false }
{ value: 2, done: true }

    可以看到，next(2) 这个调用导致 ret 的值变成了2。这是为什么呢？因为 next() 的参数会成为 yield 表达式的值。也就是说，

  let ret = yield 1

    这行代码其实是被拆成两段执行的。第一次调用 .next() 的时候，执行到了 yield 1 这里，就暂停并返回了。这时打印 .next() 的返回值是 { value: 1, done: false }。然后，执行 .next(2) 的时候，又回到了 g 里面的代码，从 let ret = 2 开始执行。

    理清楚这一执行过程非常重要。因为，这意味着：

    如果我在 g 里面 yield 一个 Promise 出去，在外面等 Promise 执行完之后，再通过 .next() 的参数把结果传进来，会怎样呢？

let asyncSum = function(a, b) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(a + b)
    }, 1000)
  })
}
​
let g = function* () {
  let ret = yield asyncSum(1, 2)
  return ret
}
​
let iter = g()
​
let p = iter.next().value
p.then(sum => {
  console.log(iter.next(sum))
})

    执行结果就是等待一秒之后打印出3：

// 这里挂起了一秒钟

{ value: 3, done: true }

    请细细品味上面代码里面的 g 函数：

let g = function* () {
  let ret = yield asyncSum(1, 2)
  return ret
}

    将其与下面代码进行对比：

let g = async function () {
  let ret = await asyncSum(1, 2)
  return ret
}

    是不是特别相似？事实上， async 函数的本质就是 generator 函数，只不过附带了一个执行器。

    这里就引出了执行器的概念。什么叫执行器？让我们回到 g：

let g = function* () {
  let ret = yield asyncSum(1, 2)
  return ret
}

    g 作为一个 generator 函数，是有两段的。如果我们想要把 g 从头到尾执行完，需要这样子调用 g：

let iter = g()
​
let p = iter.next().value // 第一次调用 next()，先执行第一段
p.then(sum => {
  console.log(iter.next(sum)) // 第二次调用 next()，执行第二段
})

    这样就特别麻烦，最好有一个函数 executor()，我们可以把 g 当作参数传给它，它会自动把 g 执行完，再把最后的结果返回回来。就像这样：

executor(g).then(result => {
　console.log(result)
})

    有没有这样的函数呢？有的，我们把上面那段代码自己封装一下，就可以自己写出一个 executor 来：

let executor = function(g) {
  return new Promise(resolve => {
    let iter = g()
​
    let p = iter.next().value
    p.then(sum => {
      let ret = iter.next(sum)
      resolve(ret.value)
    })
  })
}
​
executor().then(ret => {
  console.log(ret)
})

    这个 executor 就叫做 g 的执行器。当然啦，这个执行器只是适用于 g，不够通用，能不能做得更通用一点，使它能执行任何的 generator 函数呢？可以的，如下：

let asyncSum = function(a, b) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(a + b)
    }, 1000)
  })
}
​
let asyncMul = function(a, b) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(a * b)
    }, 1000)
  })
}
​
let g = function* (a, b) {
  let sum = yield asyncSum(1, 2)
  let ret = yield asyncMul(sum, 2)
  return ret
}
​
function executor(generator, ...args) {
  let iter = generator.apply(this, args)
  let n = iter.next()
  if (n.done) {
    return new Promise(resolve => resolve(n.value))
  } else {
    return new Promise(resolve => {
      n.value.then(ret => {
        _r(iter, ret, resolve)
      });
    });
  }
}
​
function _r(iter, ret, resolve) {
  let n = iter.next(ret)
  if (n.done) {
    resolve(n.value)
  } else {
    n.value.then(ret => {
      _r(iter, ret, resolve)
    })
  }
}
​
executor(g, 1, 2).then(ret => {
  console.log(ret)
})

    执行结果：

// 这里挂起了两秒钟
6

    不过即使这样也是个不完善的版本，因为没有考虑错误的情况。其实早在 async 和 await 还没有出现的 2013 年，著名程序员 TJ Holowaychuk 就写了一个完善的 generator 执行器。项目地址：https://github.com/tj/co 。其名字叫 co。典型用法就是：

co(function* () {
  var result = yield Promise.resolve(true);
  return result;
}).then(function (value) {
  console.log(value);
}, function (err) {
  console.error(err.stack);
});

    所以 async 函数本质上就是内置了执行器的 generator 函数，只不过 NodeJS 引擎帮我们实现了执行器。当我们调用 async 函数时，引擎内部调用了执行器。

    原理到这里就结束了。不过可能有细心的读者发现一个奇怪的现象：为什么 TJ Holowaychuk 的这个模块名字要叫做 co？

    答案是 co 代表 coroutine，也就是协程啦。理解到这里就又更深入一层了，但是这里不展开啦，async 函数是协程在 NodeJS 中的实现形式。