异步编程

异步编程存在的意义

JS是单线程模型

单线程模型指的是，JavaScript 只在一个线程上运行。也就是说，JavaScript 同时只能执行一个任务，其他任务都必须在后面排队等待。

注意，JavaScript 只在一个线程上运行，不代表 JavaScript 引擎只有一个线程。事实上，JavaScript 引擎有多个线程，单个脚本只能在一个线程上运行（称为主线程），其他线程都是在后台配合。

JavaScript 之所以采用单线程，而不是多线程，跟历史有关系。JavaScript 从诞生起就是单线程，原因是不想让浏览器变得太复杂，因为多线程需要共享资源、且有可能修改彼此的运行结果，对于一种网页脚本语言来说，这就太复杂了。如果 JavaScript 同时有两个线程，一个线程在网页 DOM 节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？是不是还要有锁机制？所以，为了避免复杂性，JavaScript 一开始就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

这种模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应（假死），往往就是因为某一段 JavaScript 代码长时间运行（比如死循环），导致整个页面卡在这个地方，其他任务无法执行。JavaScript 语言本身并不慢，慢的是读写外部数据，比如等待 Ajax 请求返回结果。这个时候，如果对方服务器迟迟没有响应，或者网络不通畅，就会导致脚本的长时间停滞。

如果排队是因为计算量大，CPU 忙不过来，倒也算了，但是很多时候 CPU 是闲着的，因为 IO 操作（输入输出）很慢（比如 Ajax 操作从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。JavaScript 语言的设计者意识到，这时 CPU 完全可以不管 IO 操作，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到 IO 操作返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。这种机制就是 JavaScript 内部采用的“事件循环”机制（Event Loop）。

单线程模型虽然对 JavaScript 构成了很大的限制，但也因此使它具备了其他语言不具备的优势。如果用得好，JavaScript 程序是不会出现堵塞的，这就是为什么 Node 可以用很少的资源，应付大流量访问的原因。

为了利用多核 CPU 的计算能力，HTML5 提出 Web Worker 标准，允许 JavaScript 脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作 DOM。所以，这个新标准并没有改变 JavaScript 单线程的本质。

同步任务和异步任务

程序里面所有的任务，可以分成两类：同步任务（synchronous）和异步任务（asynchronous）。

同步任务是那些没有被引擎挂起、在主线程上排队执行的任务。只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务。

异步任务是那些被引擎放在一边，不进入主线程、而进入任务队列的任务。只有引擎认为某个异步任务可以执行了（比如 Ajax 操作从服务器得到了结果），该任务（采用回调函数的形式）才会进入主线程执行。排在异步任务后面的代码，不用等待异步任务结束会马上运行，也就是说，异步任务不具有“堵塞”效应。

举例来说，Ajax 操作可以当作同步任务处理，也可以当作异步任务处理，由开发者决定。如果是同步任务，主线程就等着 Ajax 操作返回结果，再往下执行；如果是异步任务，主线程在发出 Ajax 请求以后，就直接往下执行，等到 Ajax 操作有了结果，主线程再执行对应的回调函数。

任务队列和事件循环

JavaScript 运行时，除了一个正在运行的主线程，引擎还提供一个任务队列（task queue），里面是各种需要当前程序处理的异步任务。（实际上，根据异步任务的类型，存在多个任务队列。为了方便理解，这里假设只存在一个队列。）

首先，主线程会去执行所有的同步任务。等到同步任务全部执行完，就会去看任务队列里面的异步任务。如果满足条件，那么异步任务就重新进入主线程开始执行，这时它就变成同步任务了。等到执行完，下一个异步任务再进入主线程开始执行。一旦任务队列清空，程序就结束执行。

异步任务的写法通常是回调函数。一旦异步任务重新进入主线程，就会执行对应的回调函数。如果一个异步任务没有回调函数，就不会进入任务队列，也就是说，不会重新进入主线程，因为没有用回调函数指定下一步的操作。

JavaScript 引擎怎么知道异步任务有没有结果，能不能进入主线程呢？答案就是引擎在不停地检查，一遍又一遍，只要同步任务执行完了，引擎就会去检查那些挂起来的异步任务，是不是可以进入主线程了。这种循环检查的机制，就叫做事件循环（Event Loop）。维基百科的定义是：“事件循环是一个程序结构，用于等待和发送消息和事件（a programming construct that waits for and dispatches events or messages in a program）”。

浏览器中的Event Loop

Javascript 有一个 main thread 主线程和 call-stack 调用栈(执行栈)，所有的任务都会被放到调用栈等待主线程执行。

JS调用栈

JS调用栈采用的是后进先出的规则，当函数执行的时候，会被添加到栈的顶部，当执行栈执行完成后，就会从栈顶移出，直到栈内被清空。

宏任务与微任务

在JavaScript中，任务被分为两种，一种宏任务（MacroTask）也叫Task，一种叫微任务（MicroTask）。

MicroTask(宏任务)

script全部代码、****setTimeout、setInterval、setImmediate（浏览器暂时不支持，只有IE10支持，具体可见MDN）、I/O、UI Rendering。

MicroTask(微任务)

Process.nextTick（Node独有）、Promise、Object.observe(废弃)、MutationObserver

两者的区别

它们的区别在于，宏任务追加到下一轮事件循环，微任务追加到本轮事件循环。这意味着，微任务的执行时间一定早于正常任务。

setTimeout(function() {
  console.log(1);
}, 0);

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(2);
}).then(console.log);

console.log(3);
// 3
// 2
// 1

上面代码的输出结果是321。这说明then的回调函数的执行时间，早于setTimeout(fn, 0)。因为then是本轮事件循环执行，setTimeout(fn, 0)在下一轮事件循环开始时执行。

Event Loop 全过程图解

控制异步操作的本质

要想深入的理解Promise、Generator、async对于异步操作的封装，我们就有必要来了解一下异步操作模式的本质。

我们通常有以下几种控制异步操作的方法(也可以理解成控制异步操作的原理)：

回调函数

回调函数是异步操作最基本的方法。

下面是两个函数f1和f2，编程的意图是f2必须等到f1执行完成，才能执行。

function f1() {
  // ...
}

function f2() {
  // ...
}

f1();
f2();

上面代码的问题在于，如果f1是异步操作，f2会立即执行，不会等到f1结束再执行。

这时，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数。

function f1(callback) {
  // ...
  callback();
}

function f2() {
  // ...
}

f1(f2);

回调函数的优点是简单、容易理解和实现，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（coupling），使得程序结构混乱、流程难以追踪（尤其是多个回调函数嵌套的情况），而且每个任务只能指定一个回调函数。

事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。异步任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的 jQuery 的写法）。

f1.on('done', f2);

上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：

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

上面代码中，f1.trigger('done')表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2。

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以“去耦合”（decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。阅读代码的时候，很难看出主流程。

发布/订阅

事件完全可以理解成“信号”，如果存在一个“信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心“发布”（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心“订阅”（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做”发布/订阅模式”（publish-subscribe pattern），又称“观察者模式”（observer pattern）。

这个模式有多种实现，下面采用的是 Ben Alman 的 Tiny Pub/Sub，这是 jQuery 的一个插件。

首先，f2向信号中心jQuery订阅done信号。

jQuery.subscribe('done', f2);

然后，f1进行如下改写。

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

上面代码中，jQuery.publish('done')的意思是，f1执行完成后，向信号中心jQuery发布done信号，从而引发f2的执行。

f2完成执行后，可以取消订阅（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe('done', f2);

这种方法的性质与“事件监听”类似，但是明显优于后者。因为可以通过查看“消息中心”，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

异步操作的流程控制

如果有多个异步操作，就存在一个流程控制的问题：如何确定异步操作执行的顺序，以及如何保证遵守这种顺序。

function async(arg, callback) {
  console.log('参数为 ' + arg +' , 1秒后返回结果');
  setTimeout(function () { callback(arg * 2); }, 1000);
}

上面代码的async函数是一个异步任务，非常耗时，每次执行需要1秒才能完成，然后再调用回调函数。

如果有六个这样的异步任务，需要全部完成后，才能执行最后的final函数。请问应该如何安排操作流程？

function final(value) {
  console.log('完成: ', value);
}

async(1, function (value) {
  async(2, function (value) {
    async(3, function (value) {
      async(4, function (value) {
        async(5, function (value) {
          async(6, final);
        });
      });
    });
  });
});
// 参数为 1 , 1秒后返回结果
// 参数为 2 , 1秒后返回结果
// 参数为 3 , 1秒后返回结果
// 参数为 4 , 1秒后返回结果
// 参数为 5 , 1秒后返回结果
// 参数为 6 , 1秒后返回结果
// 完成:  12

上面代码中，六个回调函数的嵌套，不仅写起来麻烦，容易出错，而且难以维护。

串行执行

我们可以编写一个流程控制函数，让它来控制异步任务，一个任务完成以后，再执行另一个。这就叫串行执行。

var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = [];

function async(arg, callback) {
  console.log('参数为 ' + arg +' , 1秒后返回结果');
  setTimeout(function () { callback(arg * 2); }, 1000);
}

function final(value) {
  console.log('完成: ', value);
}

function series(item) {
  if(item) {
    async( item, function(result) {
      results.push(result);
      return series(items.shift());
    });
  } else {
    return final(results[results.length - 1]);
  }
}

series(items.shift());

上面代码中，函数series就是串行函数，它会依次执行异步任务，所有任务都完成后，才会执行final函数。items数组保存每一个异步任务的参数，results数组保存每一个异步任务的运行结果。

注意，上面的写法需要六秒，才能完成整个脚本。

并行执行

流程控制函数也可以是并行执行，即所有异步任务同时执行，等到全部完成以后，才执行final函数。

var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = [];

function async(arg, callback) {
  console.log('参数为 ' + arg +' , 1秒后返回结果');
  setTimeout(function () { callback(arg * 2); }, 1000);
}

function final(value) {
  console.log('完成: ', value);
}

items.forEach(function(item) {
  async(item, function(result){
    results.push(result);
    if(results.length === items.length) {
      final(results[results.length - 1]);
    }
  })
});

上面代码中，forEach方法会同时发起六个异步任务，等到它们全部完成以后，才会执行final函数。

相比而言，上面的写法只要一秒，就能完成整个脚本。这就是说，并行执行的效率较高，比起串行执行一次只能执行一个任务，较为节约时间。但是问题在于如果并行的任务较多，很容易耗尽系统资源，拖慢运行速度。因此有了第三种流程控制方式。

并行与串行的结合

所谓并行与串行的结合，就是设置一个门槛，每次最多只能并行执行n个异步任务，这样就避免了过分占用系统资源。

var items = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ];
var results = [];
var running = 0;
var limit = 2;

function async(arg, callback) {
  console.log('参数为 ' + arg +' , 1秒后返回结果');
  setTimeout(function () { callback(arg * 2); }, 1000);
}

function final(value) {
  console.log('完成: ', value);
}

function launcher() {
  while(running < limit && items.length > 0) {
    var item = items.shift();
    async(item, function(result) {
      results.push(result);
      running--;
      if(items.length > 0) {
        launcher();
      } else if(running == 0) {
        final(results);
      }
    });
    running++;
  }
}

launcher();

上面代码中，最多只能同时运行两个异步任务。变量running记录当前正在运行的任务数，只要低于门槛值，就再启动一个新的任务，如果等于0，就表示所有任务都执行完了，这时就执行final函数。

这段代码需要三秒完成整个脚本，处在串行执行和并行执行之间。通过调节limit变量，达到效率和资源的最佳平衡。

Promise 对象

Promise 存在的意义

Promise 的设计思想是，所有异步任务都返回一个 Promise 实例。Promise 实例有一个then方法，用来指定下一步的回调函数。

var p1 = new Promise(f1);
p1.then(f2);

上面代码中，f1的异步操作执行完成，就会执行f2。

传统的写法可能需要把f2作为回调函数传入f1，比如写成f1(f2)，异步操作完成后，在f1内部调用f2。Promise 使得f1和f2变成了链式写法。不仅改善了可读性，而且对于多层嵌套的回调函数尤其方便。

// 传统写法
step1(function (value1) {
  step2(value1, function(value2) {
    step3(value2, function(value3) {
      step4(value3, function(value4) {
        // ...
      });
    });
  });
});

// Promise 的写法
(new Promise(step1))
  .then(step2)
  .then(step3)
  .then(step4);

从上面代码可以看到，采用 Promises 以后，程序流程变得非常清楚，十分易读。注意，为了便于理解，上面代码的Promise实例的生成格式，做了简化，真正的语法请参照下文。

总的来说，传统的回调函数写法使得代码混成一团，变得横向发展而不是向下发展。Promise 就是解决这个问题，使得异步流程可以写成同步流程。

Promise 的概念

所谓Promise，简单说就是一个容器，里面保存着某个未来才会结束的事件（通常是一个异步操作）的结果。从语法上说，Promise 是一个对象，从它可以获取异步操作的消息。Promise 提供统一的 API，各种异步操作都可以用同样的方法进行处理。

Promise对象有以下两个特点。

（1）对象的状态不受外界影响。Promise对象代表一个异步操作，有三种状态：pending（进行中）、fulfilled（已成功）和rejected（已失败）。只有异步操作的结果，可以决定当前是哪一种状态，任何其他操作都无法改变这个状态。这也是Promise这个名字的由来，它的英语意思就是“承诺”，表示其他手段无法改变。

（2）一旦状态改变，就不会再变，任何时候都可以得到这个结果。Promise对象的状态改变，只有两种可能：从pending变为fulfilled和从pending变为rejected。只要这两种情况发生，状态就凝固了，不会再变了，会一直保持这个结果，这时就称为 resolved（已定型）。如果改变已经发生了，你再对Promise对象添加回调函数，也会立即得到这个结果。这与事件（Event）完全不同，事件的特点是，如果你错过了它，再去监听，是得不到结果的。

注意，为了行文方便，本章后面的resolved统一只指fulfilled状态，不包含rejected状态。

有了Promise对象，就可以将异步操作以同步操作的流程表达出来，避免了层层嵌套的回调函数。此外，Promise对象提供统一的接口，使得控制异步操作更加容易。

Promise也有一些缺点。首先，无法取消Promise，一旦新建它就会立即执行，无法中途取消。其次，如果不设置回调函数，Promise内部抛出的错误，不会反应到外部。第三，当处于pending状态时，无法得知目前进展到哪一个阶段（刚刚开始还是即将完成）。

Promise 对象的状态

Promise 对象通过自身的状态，来控制异步操作。Promise 实例具有三种状态。

• 异步操作未完成（pending）
• 异步操作成功（fulfilled）
• 异步操作失败（rejected）

上面三种状态里面，fulfilled和rejected合在一起称为resolved（已定型）。

这三种的状态的变化途径只有两种。

• 从“未完成”到“成功”
• 从“未完成”到“失败”

一旦状态发生变化，就凝固了，不会再有新的状态变化。这也是 Promise 这个名字的由来，它的英语意思是“承诺”，一旦承诺成效，就不得再改变了。这也意味着，Promise 实例的状态变化只可能发生一次。

因此，Promise 的最终结果只有两种。

• 异步操作成功，Promise 实例传回一个值（value），状态变为fulfilled。
• 异步操作失败，Promise 实例抛出一个错误（error），状态变为rejected。

Promise 构造函数

JavaScript 提供原生的Promise构造函数，用来生成 Promise 实例。

var promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...

  if (/* 异步操作成功 */){
    resolve(value);
  } else { /* 异步操作失败 */
    reject(new Error());
  }
});

上面代码中，Promise构造函数接受一个函数作为参数，该函数的两个参数分别是resolve和reject。它们是两个函数，由 JavaScript 引擎提供，不用自己实现。

resolve和reject

resolve函数的作用是，将Promise实例的状态从“未完成”变为“成功”（即从pending变为fulfilled），在异步操作成功时调用，并将异步操作的结果，作为参数传递出去。reject函数的作用是，将Promise实例的状态从“未完成”变为“失败”（即从pending变为rejected），在异步操作失败时调用，并将异步操作报出的错误，作为参数传递出去。

下面是一个例子。

function timeout(ms) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(resolve, ms, 'done');
  });
}

timeout(100)

上面代码中，timeout(100)返回一个 Promise 实例。100毫秒以后，该实例的状态会变为fulfilled。

如果调用resolve函数和reject函数时带有参数，那么它们的参数会被传递给回调函数。reject函数的参数通常是Error对象的实例，表示抛出的错误；resolve函数的参数除了正常的值以外，还可能是另一个 Promise 实例，比如像下面这样。

const p1 = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...
});

const p2 = new Promise(function (resolve, reject) {
  // ...
  resolve(p1);
})

上面代码中，p1和p2都是 Promise 的实例，但是p2的resolve方法将p1作为参数，即一个异步操作的结果是返回另一个异步操作。

注意，这时p1的状态就会传递给p2，也就是说，p1的状态决定了p2的状态。如果p1的状态是pending，那么p2的回调函数就会等待p1的状态改变；如果p1的状态已经是resolved或者rejected，那么p2的回调函数将会立刻执行。

const p1 = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(() => reject(new Error('fail')), 3000)
})

const p2 = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(() => resolve(p1), 1000)
})

p2
  .then(result => console.log(result))
  .catch(error => console.log(error))
// Error: fail

上面代码中，p1是一个 Promise，3 秒之后变为rejected。p2的状态在 1 秒之后改变，resolve方法返回的是p1。由于p2返回的是另一个 Promise，导致p2自己的状态无效了，由p1的状态决定p2的状态。所以，后面的then语句都变成针对后者（p1），但是此时p1的状为pending，所以既不会触发then里面的resolve方法(这个then方法中省略了reject)，也不会触发catch。又过了 2 秒，p1变为rejected，导致触发catch方法指定的回调函数。

注意点1

调用resolve或reject并不会终结 Promise 的参数函数的执行。

new Promise((resolve, reject) => {
  resolve(1);
  console.log(2);
}).then(r => {
  console.log(r);
});
// 2
// 1

上面代码中，调用resolve(1)以后，后面的console.log(2)还是会执行，并且会首先打印出来。这是因为立即 resolved 的 Promise 是在本轮事件循环的末尾执行，总是晚于本轮循环的同步任务。

一般来说，调用resolve或reject以后，Promise 的使命就完成了，后继操作应该放到then方法里面，而不应该直接写在resolve或reject的后面。所以，最好在它们前面加上return语句，这样就不会有意外。

new Promise((resolve, reject) => {
  return resolve(1);
  // 后面的语句不会执行
  console.log(2);
})

注意点2

Promise 新建后就会立即执行

let promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  console.log('Promise');
  resolve();
});

promise.then(function() {
  console.log('resolved.');
});

console.log('Hi!');

// Promise
// Hi!
// resolved

上面代码中，Promise 新建后立即执行，所以首先输出的是Promise。然后，then方法指定的回调函数，将在当前脚本所有同步任务执行完才会执行，所以resolved最后输出。

Promise 实例方法

Promise.prototype.then()

基本使用

Promise 实例的then方法，用来添加回调函数。

then方法可以接受两个回调函数，第一个是异步操作成功时（变为fulfilled状态）的回调函数，第二个是异步操作失败（变为rejected）时的回调函数（该参数可以省略）。一旦状态改变，就调用相应的回调函数。

then方法返回的是一个新的Promise实例（注意，不是原来那个Promise实例）。因此可以采用链式写法，即then方法后面再调用另一个then方法。

还需要特别注意，then 方法里面的resolve()函数有返回值，返回值会传入下一个then方法当成参数使用，默认的返回值为undefined。

var p1 = new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve('成功');
});
p1.then(console.log, console.error);
// "成功"

var p2 = new Promise(function (resolve, reject) {
  reject(new Error('失败'));
});
p2.then(console.log, console.error);
// Error: 失败

上面代码中，p1和p2都是Promise 实例，它们的then方法绑定两个回调函数：成功时的回调函数console.log，失败时的回调函数console.error（可以省略）。p1的状态变为成功，p2的状态变为失败，对应的回调函数会收到异步操作传回的值，然后在控制台输出。

then方法可以链式使用。

// 链式使用
p1
  .then(step1)
  .then(step2)
  .then(step3)
  .then(
    console.log,
    console.error
  );

上面代码中，p1后面有四个then，意味依次有四个回调函数。只要前一步的状态变为fulfilled，就会依次执行紧跟在后面的回调函数。

最后一个then方法，回调函数是console.log和console.error，用法上有一点重要的区别。console.log只显示step3的返回值，而console.error可以显示p1、step1、step2、step3之中任意一个发生的错误。举例来说，如果step1的状态变为rejected，那么step2和step3都不会执行了（因为它们是resolved的回调函数）。Promise 开始寻找，接下来第一个为rejected的回调函数，在上面代码中是console.error。这就是说，Promise 对象的报错具有传递性。

then() 用法辨析

Promise 的用法，简单说就是一句话：使用then方法添加回调函数。但是，不同的写法有一些细微的差别，请看下面四种写法，它们的差别在哪里？

// 写法一
f1().then(function () {
  return f2();
});

// 写法二
f1().then(function () {
  f2();
});

// 写法三
f1().then(f2());

// 写法四
f1().then(f2);

为了便于讲解，下面这四种写法都再用then方法接一个回调函数f3。写法一的f3回调函数的参数，是f2函数的运行结果。

f1().then(function () {
  return f2();
}).then(f3);

写法二的f3回调函数的参数是undefined。

f1().then(function () {
  f2();
  return;
}).then(f3);

写法三的f3回调函数的参数，是f2函数返回的函数的运行结果。

f1().then(f2())
  .then(f3);

写法四与写法一只有一个差别，那就是f2会接收到f1()返回的结果。

f1().then(f2)
  .then(f3);

Promise.prototype.catch()

Promise.prototype.catch()方法是.then(null, rejection)或.then(undefined, rejection)的别名，用于指定发生错误时的回调函数。

getJSON('/posts.json').then(function(posts) {
  // ...
}).catch(function(error) {
  // 处理 getJSON 和 前一个回调函数运行时发生的错误
  console.log('发生错误！', error);
});

上面代码中，getJSON()方法返回一个 Promise 对象，如果该对象状态变为resolved，则会调用then()方法指定的回调函数；如果异步操作抛出错误，状态就会变为rejected，就会调用catch()方法指定的回调函数，处理这个错误。另外，then()方法指定的回调函数，如果运行中抛出错误，也会被catch()方法捕获。

p.then((val) => console.log('fulfilled:', val))
  .catch((err) => console.log('rejected', err));

// 等同于
p.then((val) => console.log('fulfilled:', val))
  .then(null, (err) => console.log("rejected:", err));

下面是一个例子。

const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  throw new Error('test');
});
promise.catch(function(error) {
  console.log(error);
});
// Error: test

上面代码中，promise抛出一个错误，就被catch()方法指定的回调函数捕获。注意，上面的写法与下面两种写法是等价的。

// 写法一
const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  try {
    throw new Error('test');
  } catch(e) {
    reject(e);
  }
});
promise.catch(function(error) {
  console.log(error);
});

// 写法二
const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  reject(new Error('test'));
});
promise.catch(function(error) {
  console.log(error);
});

比较上面两种写法，可以发现reject()方法的作用，等同于抛出错误。

注意点1

如果 Promise 状态已经变成resolved，再抛出错误是无效的。

const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  resolve('ok');
  throw new Error('test');
});
promise
  .then(function(value) { console.log(value) })
  .catch(function(error) { console.log(error) });
// ok

上面代码中，Promise 在resolve语句后面，再抛出错误，不会被捕获，等于没有抛出。因为 Promise 的状态一旦改变，就永久保持该状态，不会再变了。

注意点2

Promise 对象的错误具有“冒泡”性质，会一直向后传递，直到被捕获为止。也就是说，错误总是会被下一个catch语句捕获。

getJSON('/post/1.json').then(function(post) {
  return getJSON(post.commentURL);
}).then(function(comments) {
  // some code
}).catch(function(error) {
  // 处理前面三个Promise产生的错误
});

上面代码中，一共有三个 Promise 对象：一个由getJSON()产生，两个由then()产生。它们之中任何一个抛出的错误，都会被最后一个catch()捕获。

注意点3

一般来说，不要在then()方法里面定义 Reject 状态的回调函数（即then的第二个参数），总是使用catch方法。

// bad
promise
  .then(function(data) {
    // success
  }, function(err) {
    // error
  });

// good
promise
  .then(function(data) { //cb
    // success
  })
  .catch(function(err) {
    // error
  });

上面代码中，第二种写法要好于第一种写法，理由是第二种写法可以捕获前面then方法执行中的错误，也更接近同步的写法（try/catch）。因此，建议总是使用catch()方法，而不使用then()方法的第二个参数。

跟传统的try/catch代码块不同的是，如果没有使用catch()方法指定错误处理的回调函数，Promise 对象抛出的错误不会传递到外层代码，即不会有任何反应。

const someAsyncThing = function() {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    // 下面一行会报错，因为x没有声明
    resolve(x + 2);
  });
};

someAsyncThing().then(function() {
  console.log('everything is great');
});

setTimeout(() => { console.log(123) }, 2000);
// Uncaught (in promise) ReferenceError: x is not defined
// 123

上面代码中，someAsyncThing()函数产生的 Promise 对象，内部有语法错误。浏览器运行到这一行，会打印出错误提示ReferenceError: x is not defined，但是不会退出进程、终止脚本执行，2 秒之后还是会输出123。这就是说，Promise 内部的错误不会影响到 Promise 外部的代码，通俗的说法就是“Promise 会吃掉错误”。

这个脚本放在服务器执行，退出码就是0（即表示执行成功）。不过，Node.js 有一个unhandledRejection事件，专门监听未捕获的reject错误，上面的脚本会触发这个事件的监听函数，可以在监听函数里面抛出错误。

process.on('unhandledRejection', function (err, p) {
  throw err;
});

上面代码中，unhandledRejection事件的监听函数有两个参数，第一个是错误对象，第二个是报错的 Promise 实例，它可以用来了解发生错误的环境信息。

注意，Node 有计划在未来废除unhandledRejection事件。如果 Promise 内部有未捕获的错误，会直接终止进程，并且进程的退出码不为 0。

再看下面的例子。

const promise = new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve('ok');
  setTimeout(function () { throw new Error('test') }, 0)
});
promise.then(function (value) { console.log(value) });
// ok
// Uncaught Error: test

上面代码中，Promise 指定在下一轮“事件循环”再抛出错误。到了那个时候，Promise 的运行已经结束了，所以这个错误是在 Promise 函数体外抛出的，会冒泡到最外层，成了未捕获的错误。

一般总是建议，Promise 对象后面要跟catch()方法，这样可以处理 Promise 内部发生的错误。catch()方法返回的还是一个 Promise 对象，因此后面还可以接着调用then()方法。

const someAsyncThing = function() {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    // 下面一行会报错，因为x没有声明
    resolve(x + 2);
  });
};

someAsyncThing()
.catch(function(error) {
  console.log('oh no', error);
})
.then(function() {
  console.log('carry on');
});
// oh no [ReferenceError: x is not defined]
// carry on

上面代码运行完catch()方法指定的回调函数，会接着运行后面那个then()方法指定的回调函数。如果没有报错，则会跳过catch()方法。

Promise.resolve()
.catch(function(error) {
  console.log('oh no', error);
})
.then(function() {
  console.log('carry on');
});
// carry on

上面的代码因为没有报错，跳过了catch()方法，直接执行后面的then()方法。此时，要是then()方法里面报错，就与前面的catch()无关了。

注意点4

catch()方法之中，还能再抛出错误。

const someAsyncThing = function() {
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    // 下面一行会报错，因为x没有声明
    resolve(x + 2);
  });
};

someAsyncThing().then(function() {
  return someOtherAsyncThing();
}).catch(function(error) {
  console.log('oh no', error);
  // 下面一行会报错，因为 y 没有声明
  y + 2;
}).then(function() {
  console.log('carry on');
});
// oh no [ReferenceError: x is not defined]

上面代码中，catch()方法抛出一个错误，因为后面没有别的catch()方法了，导致这个错误不会被捕获，也不会传递到外层。如果改写一下，结果就不一样了。

someAsyncThing().then(function() {
  return someOtherAsyncThing();
}).catch(function(error) {
  console.log('oh no', error);
  // 下面一行会报错，因为y没有声明
  y + 2;
}).catch(function(error) {
  console.log('carry on', error);
});
// oh no [ReferenceError: x is not defined]
// carry on [ReferenceError: y is not defined]

上面代码中，第二个catch()方法用来捕获前一个catch()方法抛出的错误。

Promise.prototype.finally()

**finally()方法用于指定不管 Promise 对象最后状态如何，都会执行的操作。**该方法是 ES2018 引入标准的。

promise
.then(result => {···})
.catch(error => {···})
.finally(() => {···});

上面代码中，不管promise最后的状态，在执行完then或catch指定的回调函数以后，都会执行finally方法指定的回调函数。

下面是一个例子，服务器使用 Promise 处理请求，然后使用finally方法关掉服务器。

server.listen(port)
  .then(function () {
    // ...
  })
  .finally(server.stop);

finally方法的回调函数不接受任何参数，这意味着没有办法知道，前面的 Promise 状态到底是fulfilled还是rejected。这表明，finally方法里面的操作，应该是与状态无关的，不依赖于 Promise 的执行结果。

finally本质上是then方法的特例。

promise
.finally(() => {
  // 语句
});

// 等同于
promise
.then(
  result => {
    // 语句
    return result;
  },
  error => {
    // 语句
    throw error;
  }
);

上面代码中，如果不使用finally方法，同样的语句需要为成功和失败两种情况各写一次。有了finally方法，则只需要写一次。

它的实现也很简单。

Promise.prototype.finally = function (callback) {
  let P = this.constructor;
  return this.then(
    value  => P.resolve(callback()).then(() => value),
    reason => P.resolve(callback()).then(() => { throw reason })
  );
};

上面代码中，不管前面的 Promise 是fulfilled还是rejected，都会执行回调函数callback。

从上面的实现还可以看到，finally方法总是会返回原来的值。

// resolve 的值是 undefined
Promise.resolve(2).then(() => {}, () => {})

// resolve 的值是 2
Promise.resolve(2).finally(() => {})

// reject 的值是 undefined
Promise.reject(3).then(() => {}, () => {})

// reject 的值是 3
Promise.reject(3).finally(() => {})

Promise 静态方法

Promise.resolve()

有时需要将现有对象转为 Promise 对象，Promise.resolve()方法就起到这个作用。

const jsPromise = Promise.resolve($.ajax('/whatever.json'));

上面代码将 jQuery 生成的deferred对象，转为一个新的 Promise 对象。

Promise.resolve()等价于下面的写法。

Promise.resolve('foo')
// 等价于
new Promise(resolve => resolve('foo'))

Promise.resolve()方法的参数分成四种情况。

（1）参数是一个 Promise 实例

如果参数是 Promise 实例，那么Promise.resolve将不做任何修改、原封不动地返回这个实例。

（2）参数是一个thenable对象

thenable对象指的是具有then方法的对象，比如下面这个对象。

let thenable = {
  then: function(resolve, reject) {
    resolve(42);
  }
};

Promise.resolve()方法会将这个对象转为 Promise 对象，然后就立即执行thenable对象的then()方法。

let thenable = {
  then: function(resolve, reject) {
    resolve(42);
  }
};

let p1 = Promise.resolve(thenable);
p1.then(function (value) {
  console.log(value);  // 42
});

上面代码中，thenable对象的then()方法执行后，对象p1的状态就变为resolved，从而立即执行最后那个then()方法指定的回调函数，输出42。

（3）参数不是具有then()方法的对象，或根本就不是对象

如果参数是一个原始值，或者是一个不具有then()方法的对象，则Promise.resolve()方法返回一个新的 Promise 对象，状态为resolved。

const p = Promise.resolve('Hello');

p.then(function (s) {
  console.log(s)
});
// Hello

上面代码生成一个新的 Promise 对象的实例p。由于字符串Hello不属于异步操作（判断方法是字符串对象不具有 then 方法），返回 Promise 实例的状态从一生成就是resolved，所以回调函数会立即执行。Promise.resolve()方法的参数，会同时传给回调函数。

（4）不带有任何参数

Promise.resolve()方法允许调用时不带参数，直接返回一个resolved状态的 Promise 对象。

所以，如果希望得到一个 Promise 对象，比较方便的方法就是直接调用Promise.resolve()方法。

const p = Promise.resolve();

p.then(function () {
  // ...
});

上面代码的变量p就是一个 Promise 对象。

需要注意的是，立即resolve()的 Promise 对象，是在本轮“事件循环”（event loop）的结束时执行，而不是在下一轮“事件循环”的开始时。

setTimeout(function () {
  console.log('three');
}, 0);

Promise.resolve().then(function () {
  console.log('two');
});

console.log('one');

// one
// two
// three

上面代码中，setTimeout(fn, 0)在下一轮“事件循环”开始时执行，Promise.resolve()在本轮“事件循环”结束时执行，console.log('one')则是立即执行，因此最先输出。

Promise.reject()

Promise.reject(reason)方法也会返回一个新的 Promise 实例，该实例的状态为rejected。

const p = Promise.reject('出错了');
// 等同于
const p = new Promise((resolve, reject) => reject('出错了'))

p.then(null, function (s) {
  console.log(s)
});
// 出错了

上面代码生成一个 Promise 对象的实例p，状态为rejected，回调函数会立即执行。

Promise.reject()方法的参数，会原封不动地作为reject的理由，变成后续方法的参数。

Promise.reject('出错了')
.catch(e => {
  console.log(e === '出错了')
})
// true

上面代码中，Promise.reject()方法的参数是一个字符串，后面catch()方法的参数e就是这个字符串。

Promise.try()

需求原理

实际开发中，经常遇到一种情况：不知道或者不想区分，函数f是同步函数还是异步操作，但是想用 Promise 来处理它。因为这样就可以不管f是否包含异步操作，都用then方法指定下一步流程，用catch方法处理f抛出的错误。一般就会采用下面的写法。

Promise.resolve().then(f)

上面的写法有一个缺点，就是如果f是同步函数，那么它会在本轮事件循环的末尾执行。

const f = () => console.log('now');
Promise.resolve().then(f);
console.log('next');
// next
// now

上面代码中，函数f是同步的，但是用 Promise 包装了以后，就变成异步执行了。

那么有没有一种方法，让同步函数同步执行，异步函数异步执行，并且让它们具有统一的 API 呢？回答是可以的，并且还有两种写法。

第一种写法是用async函数来写。

const f = () => console.log('now');
(async () => f())();
console.log('next');
// now
// next

上面代码中，第二行是一个立即执行的匿名函数，会立即执行里面的async函数，因此如果f是同步的，就会得到同步的结果；如果f是异步的，就可以用then指定下一步，就像下面的写法。

(async () => f())()
.then(...)

需要注意的是，async () => f()会吃掉f()抛出的错误。所以，如果想捕获错误，要使用promise.catch方法。

(async () => f())()
.then(...)
.catch(...)

第二种写法是使用new Promise()。

const f = () => console.log('now');
(
  () => new Promise(
    resolve => resolve(f())
  )
)();
console.log('next');
// now
// next

上面代码也是使用立即执行的匿名函数，执行new Promise()。这种情况下，同步函数也是同步执行的。

实现

鉴于这是一个很常见的需求，所以现在有一个提案，提供Promise.try方法替代上面的写法。

const f = () => console.log('now');
Promise.try(f);
console.log('next');
// now
// next

事实上，Promise.try存在已久，Promise 库Bluebird、Q和when，早就提供了这个方法。

由于Promise.try为所有操作提供了统一的处理机制，所以如果想用then方法管理流程，最好都用Promise.try包装一下。这样有许多好处，其中一点就是可以更好地管理异常。

function getUsername(userId) {
  return database.users.get({id: userId})
  .then(function(user) {
    return user.name;
  });
}

上面代码中，database.users.get()返回一个 Promise 对象，如果抛出异步错误，可以用catch方法捕获，就像下面这样写。

database.users.get({id: userId})
.then(...)
.catch(...)

但是database.users.get()可能还会抛出同步错误（比如数据库连接错误，具体要看实现方法），这时你就不得不用try...catch去捕获。

try {
  database.users.get({id: userId})
  .then(...)
  .catch(...)
} catch (e) {
  // ...
}

上面这样的写法就很笨拙了，这时就可以统一用promise.catch()捕获所有同步和异步的错误。

Promise.try(() => database.users.get({id: userId}))
  .then(...)
  .catch(...)

事实上，Promise.try就是模拟try代码块，就像promise.catch模拟的是catch代码块。

Promise.all()

Promise.all()方法用于将多个 Promise 实例，包装成一个新的 Promise 实例。

const p = Promise.all([p1, p2, p3]);

上面代码中，Promise.all()方法接受一个数组作为参数，p1、p2、p3都是 Promise 实例，如果不是，就会先调用下面讲到的Promise.resolve方法，将参数转为 Promise 实例，再进一步处理。另外，Promise.all()方法的参数可以不是数组，但必须具有 Iterator 接口，且返回的每个成员都是 Promise 实例。

p的状态由p1、p2、p3决定，分成两种情况。

（1）只有p1、p2、p3的状态都变成fulfilled，p的状态才会变成fulfilled，此时p1、p2、p3的返回值组成一个数组，传递给p的回调函数。

（2）只要p1、p2、p3之中有一个被rejected，p的状态就变成rejected，此时第一个被reject的实例的返回值，会传递给p的回调函数。

下面是一个具体的例子。

// 生成一个Promise对象的数组
const promises = [2, 3, 5, 7, 11, 13].map(function (id) {
  return getJSON('/post/' + id + ".json");
});

Promise.all(promises).then(function (posts) {
  // ...
}).catch(function(reason){
  // ...
});

上面代码中，promises是包含 6 个 Promise 实例的数组，只有这 6 个实例的状态都变成fulfilled，或者其中有一个变为rejected，才会调用Promise.all方法后面的回调函数。

下面是另一个例子。

const databasePromise = connectDatabase();

const booksPromise = databasePromise
  .then(findAllBooks);

const userPromise = databasePromise
  .then(getCurrentUser);

Promise.all([
  booksPromise,
  userPromise
])
.then(([books, user]) => pickTopRecommendations(books, user));

上面代码中，booksPromise和userPromise是两个异步操作，只有等到它们的结果都返回了，才会触发pickTopRecommendations这个回调函数。

注意，如果作为参数的 Promise 实例，自己定义了catch方法，那么它一旦被rejected，并不会触发Promise.all()的catch方法。

const p1 = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve('hello');
})
.then(result => result)
.catch(e => e);

const p2 = new Promise((resolve, reject) => {
  throw new Error('报错了');
})
.then(result => result)
.catch(e => e);

Promise.all([p1, p2])
.then(result => console.log(result))
.catch(e => console.log(e));
// ["hello", Error: 报错了]

上面代码中，p1会resolved，p2首先会rejected，但是p2有自己的catch方法，该方法返回的是一个新的 Promise 实例，p2指向的实际上是这个实例。该实例执行完catch方法后，也会变成resolved，导致Promise.all()方法参数里面的两个实例都会resolved，因此会调用then方法指定的回调函数，而不会调用catch方法指定的回调函数。

如果p2没有自己的catch方法，就会调用Promise.all()的catch方法。

const p1 = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve('hello');
})
.then(result => result);

const p2 = new Promise((resolve, reject) => {
  throw new Error('报错了');
})
.then(result => result);

Promise.all([p1, p2])
.then(result => console.log(result))
.catch(e => console.log(e));
// Error: 报错了

Promise.race()

Promise.race()方法同样是将多个 Promise 实例，包装成一个新的 Promise 实例。

const p = Promise.race([p1, p2, p3]);

上面代码中，只要p1、p2、p3之中有一个实例率先改变状态，p的状态就跟着改变。那个率先改变的 Promise 实例的返回值，就传递给p的回调函数。

Promise.race()方法的参数与Promise.all()方法一样，如果不是 Promise 实例，就会先调用下面讲到的Promise.resolve()方法，将参数转为 Promise 实例，再进一步处理。

下面是一个例子，如果指定时间内没有获得结果，就将 Promise 的状态变为reject，否则变为resolve。

const p = Promise.race([
  fetch('/resource-that-may-take-a-while'),
  new Promise(function (resolve, reject) {
    setTimeout(() => reject(new Error('request timeout')), 5000)
  })
]);

p
.then(console.log)
.catch(console.error);

上面代码中，如果 5 秒之内fetch方法无法返回结果，变量p的状态就会变为rejected，从而触发catch方法指定的回调函数。

Promise.allSettled()

Promise.allSettled()方法接受一组 Promise 实例作为参数，包装成一个新的 Promise 实例。只有等到所有这些参数实例都返回结果，不管是fulfilled还是rejected，包装实例才会结束。该方法由 ES2020 引入。

const promises = [
  fetch('/api-1'),
  fetch('/api-2'),
  fetch('/api-3'),
];

await Promise.allSettled(promises);
removeLoadingIndicator();

上面代码对服务器发出三个请求，等到三个请求都结束，不管请求成功还是失败，加载的滚动图标就会消失。

该方法返回的新的 Promise 实例，一旦结束，状态总是fulfilled，不会变成rejected。状态变成fulfilled后，Promise 的监听函数接收到的参数是一个数组，每个成员对应一个传入Promise.allSettled()的 Promise 实例。

const resolved = Promise.resolve(42);
const rejected = Promise.reject(-1);

const allSettledPromise = Promise.allSettled([resolved, rejected]);

allSettledPromise.then(function (results) {
  console.log(results);
});
// [
//    { status: 'fulfilled', value: 42 },
//    { status: 'rejected', reason: -1 }
// ]

上面代码中，Promise.allSettled()的返回值allSettledPromise，状态只可能变成fulfilled。它的监听函数接收到的参数是数组results。该数组的每个成员都是一个对象，对应传入Promise.allSettled()的两个 Promise 实例。每个对象都有status属性，该属性的值只可能是字符串fulfilled或字符串rejected。fulfilled时，对象有value属性，rejected时有reason属性，对应两种状态的返回值。

下面是返回值用法的例子。

const promises = [ fetch('index.html'), fetch('https://does-not-exist/') ];
const results = await Promise.allSettled(promises);

// 过滤出成功的请求
const successfulPromises = results.filter(p => p.status === 'fulfilled');

// 过滤出失败的请求，并输出原因
const errors = results
  .filter(p => p.status === 'rejected')
  .map(p => p.reason);

有时候，我们不关心异步操作的结果，只关心这些操作有没有结束。这时，Promise.allSettled()方法就很有用。如果没有这个方法，想要确保所有操作都结束，就很麻烦。Promise.all()方法无法做到这一点。

const urls = [ /* ... */ ];
const requests = urls.map(x => fetch(x));

try {
  await Promise.all(requests);
  console.log('所有请求都成功。');
} catch {
  console.log('至少一个请求失败，其他请求可能还没结束。');
}

上面代码中，Promise.all()无法确定所有请求都结束。想要达到这个目的，写起来很麻烦，有了Promise.allSettled()，这就很容易了。

Promise.any()

ES2021 引入了Promise.any()方法。该方法接受一组 Promise 实例作为参数，包装成一个新的 Promise 实例返回。只要参数实例有一个变成fulfilled状态，包装实例就会变成fulfilled状态；如果所有参数实例都变成rejected状态，包装实例就会变成rejected状态。

Promise.any()跟Promise.race()方法很像，只有一点不同，就是不会因为某个 Promise 变成rejected状态而结束。

const promises = [
  fetch('/endpoint-a').then(() => 'a'),
  fetch('/endpoint-b').then(() => 'b'),
  fetch('/endpoint-c').then(() => 'c'),
];
try {
  const first = await Promise.any(promises);
  console.log(first);
} catch (error) {
  console.log(error);
}

上面代码中，Promise.any()方法的参数数组包含三个 Promise 操作。其中只要有一个变成fulfilled，Promise.any()返回的 Promise 对象就变成fulfilled。如果所有三个操作都变成rejected，那么await命令就会抛出错误。

Promise.any()抛出的错误，不是一个一般的错误，而是一个 AggregateError 实例。它相当于一个数组，每个成员对应一个被rejected的操作所抛出的错误。下面是 AggregateError 的实现示例。

new AggregateError() extends Array -> AggregateError

const err = new AggregateError();
err.push(new Error("first error"));
err.push(new Error("second error"));
throw err;

捕捉错误时，如果不用try...catch结构和 await 命令，可以像下面这样写。

Promise.any(promises).then(
  (first) => {
    // Any of the promises was fulfilled.
  },
  (error) => {
    // All of the promises were rejected.
  }
);

下面是一个例子。

var resolved = Promise.resolve(42);
var rejected = Promise.reject(-1);
var alsoRejected = Promise.reject(Infinity);

Promise.any([resolved, rejected, alsoRejected]).then(function (result) {
  console.log(result); // 42
});

Promise.any([rejected, alsoRejected]).catch(function (results) {
  console.log(results); // [-1, Infinity]
});

Promise 作为微任务

Promise 的回调函数属于异步任务，会在同步任务之后执行。

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(1);
}).then(console.log);

console.log(2);
// 2
// 1

上面代码会先输出2，再输出1。因为console.log(2)是同步任务，而then的回调函数属于异步任务，一定晚于同步任务执行。

但是，Promise 的回调函数不是正常的异步任务，而是微任务（microtask）。它们的区别在于，正常任务追加到下一轮事件循环，微任务追加到本轮事件循环。这意味着，微任务的执行时间一定早于正常任务。

setTimeout(function() {
  console.log(1);
}, 0);

new Promise(function (resolve, reject) {
  resolve(2);
}).then(console.log);

console.log(3);
// 3
// 2
// 1

上面代码的输出结果是321。这说明then的回调函数的执行时间，早于setTimeout(fn, 0)。因为then是本轮事件循环执行，setTimeout(fn, 0)在下一轮事件循环开始时执行。

总结

Promise 的优点在于，让回调函数变成了规范的链式写法，程序流程可以看得很清楚。它有一整套接口，可以实现许多强大的功能，比如同时执行多个异步操作，等到它们的状态都改变以后，再执行一个回调函数；再比如，为多个回调函数中抛出的错误，统一指定处理方法等等。

而且，Promise 还有一个传统写法没有的好处：它的状态一旦改变，无论何时查询，都能得到这个状态。这意味着，无论何时为 Promise 实例添加回调函数，该函数都能正确执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。如果是传统写法，通过监听事件来执行回调函数，一旦错过了事件，再添加回调函数是不会执行的。

Promise 的缺点是，编写的难度比传统写法高，而且阅读代码也不是一眼可以看懂。你只会看到一堆then，必须自己在then的回调函数里面理清逻辑。

Generator 函数

概念

基础理解

Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案，语法行为与传统函数完全不同。本节详细介绍 Generator 函数的语法和 API。

Generator 函数有多种理解角度。语法上，首先可以把它理解成，Generator 函数是一个状态机，封装了多个内部状态。

执行 Generator 函数会返回一个遍历器对象，也就是说，**Generator 函数除了状态机，还是一个遍历器对象生成函数。**返回的遍历器对象，可以依次遍历 Generator 函数内部的每一个状态。

形式上，Generator 函数是一个普通函数，但是有两个特征。一是，function关键字与函数名之间有一个星号；二是，函数体内部使用yield表达式，定义不同的内部状态（yield在英语里的意思就是“产出”）。

function* helloWorldGenerator() {
  yield 'hello';
  yield 'world';
  return 'ending';
}

var hw = helloWorldGenerator();

上面代码定义了一个 Generator 函数helloWorldGenerator，它内部有两个yield表达式（hello和world），即该函数有三个状态：hello，world 和 return 语句（结束执行）。

然后，Generator 函数的调用方法与普通函数一样，也是在函数名后面加上一对圆括号。不同的是，调用 Generator 函数后，该函数并不执行，返回的也不是函数运行结果，而是一个指向内部状态的指针对象，也就是遍历器对象（Iterator Object）。

下一步，必须调用遍历器对象的next方法，使得指针移向下一个状态。也就是说，每次调用next方法，内部指针就从函数头部或上一次停下来的地方开始执行，直到遇到下一个yield表达式（或return语句）为止。换言之，Generator 函数是分段执行的，yield表达式是暂停执行的标记，而next方法可以恢复执行。

hw.next()
// { value: 'hello', done: false }

hw.next()
// { value: 'world', done: false }

hw.next()
// { value: 'ending', done: true }

hw.next()
// { value: undefined, done: true }

上面代码一共调用了四次next方法。

第一次调用，Generator 函数开始执行，直到遇到第一个yield表达式为止。next方法返回一个对象，它的value属性就是当前yield表达式的值hello，done属性的值false，表示遍历还没有结束。

第二次调用，Generator 函数从上次yield表达式停下的地方，一直执行到下一个yield表达式。next方法返回的对象的value属性就是当前yield表达式的值world，done属性的值false，表示遍历还没有结束。

第三次调用，Generator 函数从上次yield表达式停下的地方，一直执行到return语句（如果没有return语句，就执行到函数结束）。next方法返回的对象的value属性，就是紧跟在return语句后面的表达式的值（如果没有return语句，则value属性的值为undefined），done属性的值true，表示遍历已经结束。

第四次调用，此时 Generator 函数已经运行完毕，next方法返回对象的value属性为undefined，done属性为true。以后再调用next方法，返回的都是这个值。

注意点

记住，有多少个next()，就执行了多少个yield。

function* exam() {
  console.log('No 1');
  yield 1;
  console.log('No 2');
  yield 2;
  console.log('No 3');
  yield 3;
  return 'result';
}

let res = exam()

res.next()
console.log(res.next());
console.log(res.next());
console.log(res.next());
console.log(res.next());

// No 1
// No 2
// { value: 2, done: false }
// No 3
// { value: 3, done: false }
// { value: 'result', done: true }
// { value: undefined, done: true }

上述代码我们可以看出，只要执行了res.next()，就意味着会执行一次yield及其以上部分(即第一个yield上面的代码段或者两个yield之间的代码段)。

总结

调用 Generator 函数，返回一个遍历器对象，代表 Generator 函数的内部指针。以后，每次调用遍历器对象的next方法，就会返回一个有着value和done两个属性的对象。value属性表示当前的内部状态的值，是yield表达式后面那个表达式的值；done属性是一个布尔值，表示是否遍历结束。

ES6 没有规定，function关键字与函数名之间的星号，写在哪个位置。这导致下面的写法都能通过。

function * foo(x, y) { ··· }
function *foo(x, y) { ··· }
function* foo(x, y) { ··· }
function*foo(x, y) { ··· }

由于 Generator 函数仍然是普通函数，所以一般的写法是上面的第三种，即星号紧跟在function关键字后面。本书也采用这种写法。

yield 表达式

基本用法

由于 Generator 函数返回的遍历器对象，只有调用next方法才会遍历下一个内部状态，所以其实提供了一种可以暂停执行的函数。yield表达式就是暂停标志。

遍历器对象的next方法的运行逻辑如下：

（1）遇到yield表达式，就暂停执行后面的操作，并将紧跟在yield后面的那个表达式的值，作为返回的对象的value属性值。

（2）下一次调用next方法时，再继续往下执行，直到遇到下一个yield表达式。

（3）如果没有再遇到新的yield表达式，就一直运行到函数结束，直到return语句为止，并将return语句后面的表达式的值，作为返回的对象的value属性值。

（4）如果该函数没有return语句，则返回的对象的value属性值为undefined。

需要注意的是，yield表达式后面的表达式，只有当调用next方法、内部指针指向该语句时才会执行，因此等于为 JavaScript 提供了手动的“惰性求值”（Lazy Evaluation）的语法功能。

function* gen() {
  yield  123 + 456;
}

上面代码中，yield后面的表达式123 + 456，不会立即求值，只会在next方法将指针移到这一句时，才会求值。

yield表达式与return语句既有相似之处，也有区别。相似之处在于，都能返回紧跟在语句后面的那个表达式的值。区别在于每次遇到yield，函数暂停执行，下一次再从该位置继续向后执行，而return语句不具备位置记忆的功能。一个函数里面，只能执行一次（或者说一个）return语句，但是可以执行多次（或者说多个）yield表达式。正常函数只能返回一个值，因为只能执行一次return；Generator 函数可以返回一系列的值，因为可以有任意多个yield。从另一个角度看，也可以说 Generator 生成了一系列的值，这也就是它的名称的来历（英语中，generator 这个词是“生成器”的意思）。

作为暂缓执行函数

Generator 函数可以不用yield表达式，这时就变成了一个单纯的暂缓执行函数。

function* f() {
  console.log('执行了！')
}

var generator = f();

setTimeout(function () {
  generator.next()
}, 2000);

上面代码中，函数f如果是普通函数，在为变量generator赋值时就会执行。但是，函数f是一个 Generator 函数，就变成只有调用next方法时，函数f才会执行。

注意点

yield表达式只能用在 Generator 函数里面，用在其他地方都会报错。

(function (){
  yield 1;
})()
// SyntaxError: Unexpected number

上面代码在一个普通函数中使用yield表达式，结果产生一个句法错误。

下面是另外一个例子。

var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];

var flat = function* (a) {
  a.forEach(function (item) {
    if (typeof item !== 'number') {
      yield* flat(item);
    } else {
      yield item;
    }
  });
};

for (var f of flat(arr)){
  console.log(f);
}

上面代码也会产生句法错误，因为forEach方法的参数是一个普通函数，但是在里面使用了yield表达式（这个函数里面还使用了yield*表达式，详细介绍见后文）。一种修改方法是改用for循环。

var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];

var flat = function* (a) {
  var length = a.length;
  for (var i = 0; i < length; i++) {
    var item = a[i];
    if (typeof item !== 'number') {
      yield* flat(item);
    } else {
      yield item;
    }
  }
};

for (var f of flat(arr)) {
  console.log(f);
}
// 1, 2, 3, 4, 5, 6

另外，yield表达式如果用在另一个表达式之中，必须放在圆括号里面。

function* demo() {
  console.log('Hello' + yield); // SyntaxError
  console.log('Hello' + yield 123); // SyntaxError

  console.log('Hello' + (yield)); // OK
  console.log('Hello' + (yield 123)); // OK
}

yield表达式用作函数参数或放在赋值表达式的右边，可以不加括号。

function* demo() {
  foo(yield 'a', yield 'b'); // OK
  let input = yield; // OK
}

与 Iterator 接口的关系

任意一个对象的Symbol.iterator方法，等于该对象的遍历器生成函数，调用该函数会返回该对象的一个遍历器对象。

由于 Generator 函数就是遍历器生成函数，因此可以把 Generator 赋值给对象的Symbol.iterator属性，从而使得该对象具有 Iterator 接口。

var myIterable = {};
myIterable[Symbol.iterator] = function* () {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
};

[...myIterable] // [1, 2, 3]

上面代码中，Generator 函数赋值给Symbol.iterator属性，从而使得myIterable对象具有了 Iterator 接口，可以被...运算符遍历了。

Generator 函数执行后，返回一个遍历器对象。该对象本身也具有Symbol.iterator属性，执行后返回自身。

function* gen(){
  // some code
}

var g = gen();

g[Symbol.iterator]() === g
// true

上面代码中，gen是一个 Generator 函数，调用它会生成一个遍历器对象g。它的Symbol.iterator属性，也是一个遍历器对象生成函数，执行后返回它自己。

for...of 循环

基本使用

for...of循环可以自动遍历 Generator 函数运行时生成的Iterator对象，且此时不再需要调用next方法。

function* foo() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
  return 6;
}

for (let v of foo()) {
  console.log(v);
}
// 1 2 3 4 5

上面代码使用for...of循环，依次显示 5 个yield表达式的值。

这里需要注意，一旦next方法的返回对象的done属性为true，for...of循环就会中止，且不包含该返回对象，所以上面代码的return语句返回的6，不包括在for...of循环之中。

下面是一个利用 Generator 函数和for...of循环，实现斐波那契数列的例子。

function* fibonacci() {
  let [prev, curr] = [0, 1];
  for (;;) {
    yield curr;
    [prev, curr] = [curr, prev + curr];
  }
}

for (let n of fibonacci()) {
  if (n > 1000) break;
  console.log(n);
}

从上面代码可见，使用for...of语句时不需要使用next方法。

给原生对象加上遍历器接口

利用for...of循环，可以写出遍历任意对象（object）的方法。原生的 JavaScript 对象没有遍历接口，无法使用for...of循环，通过 Generator 函数为它加上这个接口，就可以用了。

function* objectEntries(obj) {
  let propKeys = Reflect.ownKeys(obj);

  for (let propKey of propKeys) {
    yield [propKey, obj[propKey]];
  }
}

let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };

for (let [key, value] of objectEntries(jane)) {
  console.log(`${key}: ${value}`);
}
// first: Jane
// last: Doe

上面代码中，对象jane原生不具备 Iterator 接口，无法用for...of遍历。这时，我们通过 Generator 函数objectEntries为它加上遍历器接口，就可以用for...of遍历了。

加上遍历器接口的另一种写法是，将 Generator 函数加到对象的Symbol.iterator属性上面。

function* objectEntries() {
  let propKeys = Object.keys(this);

  for (let propKey of propKeys) {
    yield [propKey, this[propKey]];
  }
}

let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };

jane[Symbol.iterator] = objectEntries;

for (let [key, value] of jane) {
  console.log(`${key}: ${value}`);
}
// first: Jane
// last: Doe

除了for...of循环以外，扩展运算符（...）、解构赋值和Array.from方法内部调用的，都是遍历器接口。这意味着，它们都可以将 Generator 函数返回的 Iterator 对象，作为参数。

function* numbers () {
  yield 1
  yield 2
  return 3
  yield 4
}

// 扩展运算符
[...numbers()] // [1, 2]

// Array.from 方法
Array.from(numbers()) // [1, 2]

// 解构赋值
let [x, y] = numbers();
x // 1
y // 2

// for...of 循环
for (let n of numbers()) {
  console.log(n)
}
// 1
// 2

Generator 实例方法

next 方法及其参数

yield表达式本身没有返回值，或者说总是返回undefined。next方法可以带一个参数，该参数就会被当作上一个yield表达式的返回值。

function* f() {
  for(var i = 0; true; i++) {
    var reset = yield i;
    if(reset) { i = -1; }
  }
}

var g = f();

g.next() // { value: 0, done: false }
g.next() // { value: 1, done: false }
g.next(true) // { value: 0, done: false }
// i会等于-1，下一轮循环就会从-1开始递增。

上面代码先定义了一个可以无限运行的 Generator 函数f，如果next方法没有参数，每次运行到yield表达式，变量reset的值总是undefined。当next方法带一个参数true时，变量reset就被重置为这个参数（即true），因此i会等于-1，下一轮循环就会从-1开始递增。

这个功能有很重要的语法意义。Generator 函数从暂停状态到恢复运行，它的上下文状态（context）是不变的。通过next方法的参数，就有办法在 Generator 函数开始运行之后，继续向函数体内部注入值。也就是说，可以在 Generator 函数运行的不同阶段，从外部向内部注入不同的值，从而调整函数行为。

再看一个例子。

function* foo(x) {
  var y = 2 * (yield (x + 1));
  var z = yield (y / 3);
  return (x + y + z);
}

var a = foo(5);
a.next() // Object{value:6, done:false}
a.next() // Object{value:NaN, done:false}
a.next() // Object{value:NaN, done:true}

var b = foo(5);
b.next() // { value:6, done:false }
b.next(12) // { value:8, done:false }
b.next(13) // { value:42, done:true }

上面代码中，第二次运行next方法的时候不带参数，导致 y 的值等于2 * undefined（即NaN），除以 3 以后还是NaN，因此返回对象的value属性也等于NaN。第三次运行Next方法的时候不带参数，所以z等于undefined，返回对象的value属性等于5 + NaN + undefined，即NaN。

如果向next方法提供参数，返回结果就完全不一样了。上面代码第一次调用b的next方法时，返回x+1的值6；第二次调用next方法，将上一次yield表达式的值设为12，因此y等于24，返回y / 3的值8；第三次调用next方法，将上一次yield表达式的值设为13，因此z等于13，这时x等于5，y等于24，所以return语句的值等于42。

注意，由于next方法的参数表示上一个yield表达式的返回值，所以在第一次使用next方法时，传递参数是无效的。V8 引擎直接忽略第一次使用next方法时的参数，只有从第二次使用next方法开始，参数才是有效的。从语义上讲，第一个next方法用来启动遍历器对象，所以不用带有参数。

再看一个通过next方法的参数，向 Generator 函数内部输入值的例子。

function* dataConsumer() {
  console.log('Started');
  console.log(`1. ${yield}`);
  console.log(`2. ${yield}`);
  return 'result';
}

let genObj = dataConsumer();
genObj.next();
// Started
genObj.next('a')
// 1. a
genObj.next('b')
// 2. b

上面代码是一个很直观的例子，每次通过next方法向 Generator 函数输入值，然后打印出来。

如果想要第一次调用next方法时，就能够输入值，可以在 Generator 函数外面再包一层。

function wrapper(generatorFunction) {
  return function (...args) {
    let generatorObject = generatorFunction(...args);
    generatorObject.next();
    return generatorObject;
  };
}

const wrapped = wrapper(function* () {
  console.log(`First input: ${yield}`);
  return 'DONE';
});

wrapped().next('hello!')
// First input: hello!

上面代码中，Generator 函数如果不用wrapper先包一层，是无法第一次调用next方法，就输入参数的。

Generator.prototype.throw()

基本使用

Generator 函数返回的遍历器对象，都有一个throw方法，可以在函数体外抛出错误，然后在 Generator 函数体内捕获。

var g = function* () {
  try {
    yield;
  } catch (e) {
    console.log('内部捕获', e);
  }
};

var i = g();
i.next();

try {
  i.throw('a');
  i.throw('b');
} catch (e) {
  console.log('外部捕获', e);
}
// 内部捕获 a
// 外部捕获 b

上面代码中，遍历器对象i连续抛出两个错误。第一个错误被 Generator 函数体内的catch语句捕获。i第二次抛出错误，由于 Generator 函数内部的catch语句已经执行过了，不会再捕捉到这个错误了，所以这个错误就被抛出了 Generator 函数体，被函数体外的catch语句捕获。

throw方法可以接受一个参数，该参数会被catch语句接收，建议抛出Error对象的实例。

var g = function* () {
  try {
    yield;
  } catch (e) {
    console.log(e);
  }
};

var i = g();
i.next();
i.throw(new Error('出错了！'));
// Error: 出错了！(…)

注意点1

不要混淆遍历器对象的throw方法和全局的throw命令。上面代码的错误，是用遍历器对象的throw方法抛出的，而不是用throw命令抛出的。后者只能被函数体外的catch语句捕获。

var g = function* () {
  while (true) {
    try {
      yield;
    } catch (e) {
      if (e != 'a') throw e;
      console.log('内部捕获', e);
    }
  }
};

var i = g();
i.next();

try {
  throw new Error('a');
  throw new Error('b');
} catch (e) {
  console.log('外部捕获', e);
}
// 外部捕获 [Error: a]

上面代码之所以只捕获了a，是因为函数体外的catch语句块，捕获了抛出的a错误以后，就不会再继续try代码块里面剩余的语句了。

注意点2

如果 Generator 函数内部没有部署try...catch代码块，那么throw方法抛出的错误，将被外部try...catch代码块捕获。

var g = function* () {
  while (true) {
    yield;
    console.log('内部捕获', e);
  }
};

var i = g();
i.next();

try {
  i.throw('a');
  i.throw('b');
} catch (e) {
  console.log('外部捕获', e);
}
// 外部捕获 a

上面代码中，Generator 函数g内部没有部署try...catch代码块，所以抛出的错误直接被外部catch代码块捕获。

如果 Generator 函数内部和外部，都没有部署try...catch代码块，那么程序将报错，直接中断执行。

var gen = function* gen(){
  yield console.log('hello');
  yield console.log('world');
}

var g = gen();
g.next();
g.throw();
// hello
// Uncaught undefined

上面代码中，g.throw抛出错误以后，没有任何try...catch代码块可以捕获这个错误，导致程序报错，中断执行。

注意点3

throw方法抛出的错误要被内部捕获，前提是必须至少执行过一次next方法。

function* gen() {
  try {
    yield 1;
  } catch (e) {
    console.log('内部捕获');
  }
}

var g = gen();
g.throw(1);
// Uncaught 1

上面代码中，g.throw(1)执行时，next方法一次都没有执行过。这时，抛出的错误不会被内部捕获，而是直接在外部抛出，导致程序出错。这种行为其实很好理解，因为第一次执行next方法，等同于启动执行 Generator 函数的内部代码，否则 Generator 函数还没有开始执行，这时throw方法抛错只可能抛出在函数外部。

注意点4

throw方法被捕获以后，会附带执行下一条yield表达式。也就是说，会附带执行一次next方法。

var gen = function* gen(){
  try {
    yield console.log('a');
  } catch (e) {
    // ...
  }
  yield console.log('b');
  yield console.log('c');
}

var g = gen();
g.next() // a
g.throw() // b
g.next() // c

上面代码中，g.throw方法被捕获以后，自动执行了一次next方法，所以会打印b。另外，也可以看到，只要 Generator 函数内部部署了try...catch代码块，那么遍历器的throw方法抛出的错误，不影响下一次遍历。

throw命令与g.throw方法是无关的，两者互不影响。

var gen = function* gen(){
  yield console.log('hello');
  yield console.log('world');
}

var g = gen();
g.next();

try {
  throw new Error();
} catch (e) {
  g.next();
}
// hello
// world

上面代码中，throw命令抛出的错误不会影响到遍历器的状态，所以两次执行next方法，都进行了正确的操作。

这种函数体内捕获错误的机制，大大方便了对错误的处理。多个yield表达式，可以只用一个try...catch代码块来捕获错误。如果使用回调函数的写法，想要捕获多个错误，就不得不为每个函数内部写一个错误处理语句，现在只在 Generator 函数内部写一次catch语句就可以了。

注意点5

Generator 函数体外抛出的错误，可以在函数体内捕获；反过来，Generator 函数体内抛出的错误，也可以被函数体外的catch捕获。

function* foo() {
  var x = yield 3;
  var y = x.toUpperCase();
  yield y;
}

var it = foo();

it.next(); // { value:3, done:false }

try {
  it.next(42);
} catch (err) {
  console.log(err);
}

上面代码中，第二个next方法向函数体内传入一个参数 42，数值是没有toUpperCase方法的，所以会抛出一个 TypeError 错误，被函数体外的catch捕获。

一旦 Generator 执行过程中抛出错误，且没有被内部捕获，就不会再执行下去了。如果此后还调用next方法，将返回一个value属性等于undefined、done属性等于true的对象，即 JavaScript 引擎认为这个 Generator 已经运行结束了。

function* g() {
  yield 1;
  console.log('throwing an exception');
  throw new Error('generator broke!');
  yield 2;
  yield 3;
}

function log(generator) {
  var v;
  console.log('starting generator');
  try {
    v = generator.next();
    console.log('第一次运行next方法', v);
  } catch (err) {
    console.log('捕捉错误', v);
  }
  try {
    v = generator.next();
    console.log('第二次运行next方法', v);
  } catch (err) {
    console.log('捕捉错误', v);
  }
  try {
    v = generator.next();
    console.log('第三次运行next方法', v);
  } catch (err) {
    console.log('捕捉错误', v);
  }
  console.log('caller done');
}

log(g());
// starting generator
// 第一次运行next方法 { value: 1, done: false }
// throwing an exception
// 捕捉错误 { value: 1, done: false }
// 第三次运行next方法 { value: undefined, done: true }
// caller done

上面代码一共三次运行next方法，第二次运行的时候会抛出错误，然后第三次运行的时候，Generator 函数就已经结束了，不再执行下去了。

Generator.prototype.return()

Generator 函数返回的遍历器对象，还有一个return()方法，可以返回给定的值，并且终结遍历 Generator 函数。

function* gen() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

var g = gen();

g.next()        // { value: 1, done: false }
g.return('foo') // { value: "foo", done: true }
g.next()        // { value: undefined, done: true }

上面代码中，遍历器对象g调用return()方法后，返回值的value属性就是return()方法的参数foo。并且，Generator 函数的遍历就终止了，返回值的done属性为true，以后再调用next()方法，done属性总是返回true。

如果return()方法调用时，不提供参数，则返回值的value属性为undefined。

function* gen() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

var g = gen();

g.next() // { value: 1, done: false }
g.return() // { value: undefined, done: true }

如果 Generator 函数内部有try...finally代码块，且正在执行try代码块，那么return()方法会导致立刻进入finally代码块，执行完以后，整个函数才会结束。

function* numbers () {
  yield 1;
  try {
    yield 2;
    yield 3;
  } finally {
    yield 4;
    yield 5;
  }
  yield 6;
}
var g = numbers();
g.next() // { value: 1, done: false }
g.next() // { value: 2, done: false }
g.return(7) // { value: 4, done: false }
g.next() // { value: 5, done: false }
g.next() // { value: 7, done: true }

上面代码中，调用return()方法后，就开始执行finally代码块，不执行try里面剩下的代码了，然后等到finally代码块执行完，再返回return()方法指定的返回值。

next()、throw()、return() 的共同点

next()、throw()、return()这三个方法本质上是同一件事，可以放在一起理解。它们的作用都是让 Generator 函数恢复执行，并且使用不同的语句替换yield表达式。

next()是将yield表达式替换成一个值。

const g = function* (x, y) {
  let result = yield x + y;
  return result;
};

const gen = g(1, 2);
gen.next(); // Object {value: 3, done: false}

gen.next(1); // Object {value: 1, done: true}
// 相当于将 let result = yield x + y
// 替换成 let result = 1;

上面代码中，第二个next(1)方法就相当于将yield表达式替换成一个值1。如果next方法没有参数，就相当于替换成undefined。

throw()是将yield表达式替换成一个throw语句。

gen.throw(new Error('出错了')); // Uncaught Error: 出错了
// 相当于将 let result = yield x + y
// 替换成 let result = throw(new Error('出错了'));

return()是将yield表达式替换成一个return语句。

gen.return(2); // Object {value: 2, done: true}
// 相当于将 let result = yield x + y
// 替换成 let result = return 2;

yield* 表达式

基本使用

如果在 Generator 函数内部，调用另一个 Generator 函数。需要在前者的函数体内部，自己手动完成遍历。

function* foo() {
  yield 'a';
  yield 'b';
}

function* bar() {
  yield 'x';
  // 手动遍历 foo()
  for (let i of foo()) {
    console.log(i);
  }
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// x
// a
// b
// y

上面代码中，foo和bar都是 Generator 函数，在bar里面调用foo，就需要手动遍历foo。如果有多个 Generator 函数嵌套，写起来就非常麻烦。

ES6 提供了yield*表达式，作为解决办法，用来在一个 Generator 函数里面执行另一个 Generator 函数。

function* bar() {
  yield 'x';
  yield* foo();
  yield 'y';
}

// 等同于
function* bar() {
  yield 'x';
  yield 'a';
  yield 'b';
  yield 'y';
}

// 等同于
function* bar() {
  yield 'x';
  for (let v of foo()) {
    yield v;
  }
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// "x"
// "a"
// "b"
// "y"

再来看一个对比的例子。

function* inner() {
  yield 'hello!';
}

function* outer1() {
  yield 'open';
  yield inner();
  yield 'close';
}

var gen = outer1()
gen.next().value // "open"
gen.next().value // 返回一个遍历器对象
gen.next().value // "close"

function* outer2() {
  yield 'open'
  yield* inner()
  yield 'close'
}

var gen = outer2()
gen.next().value // "open"
gen.next().value // "hello!"
gen.next().value // "close"

上面例子中，outer2使用了yield*，outer1没使用。结果就是，outer1返回一个遍历器对象，outer2返回该遍历器对象的内部值。

原理

从语法角度看，如果yield表达式后面跟的是一个遍历器对象，需要在yield表达式后面加上星号，表明它返回的是一个遍历器对象。这被称为yield*表达式。

let delegatedIterator = (function* () {
  yield 'Hello!';
  yield 'Bye!';
}());

let delegatingIterator = (function* () {
  yield 'Greetings!';
  yield* delegatedIterator;
  yield 'Ok, bye.';
}());

for(let value of delegatingIterator) {
  console.log(value);
}
// "Greetings!
// "Hello!"
// "Bye!"
// "Ok, bye."

上面代码中，delegatingIterator是代理者，delegatedIterator是被代理者。由于yield* delegatedIterator语句得到的值，是一个遍历器，所以要用星号表示。运行结果就是使用一个遍历器，遍历了多个 Generator 函数，有递归的效果。

yield*后面的 Generator 函数（没有return语句时），等同于在 Generator 函数内部，部署一个for...of循环。

function* concat(iter1, iter2) {
  yield* iter1;
  yield* iter2;
}

// 等同于

function* concat(iter1, iter2) {
  for (var value of iter1) {
    yield value;
  }
  for (var value of iter2) {
    yield value;
  }
}

上面代码说明，yield*后面的 Generator 函数（没有return语句时），不过是for...of的一种简写形式，完全可以用后者替代前者。反之，在有return语句时，则需要用var value = yield* iterator的形式获取return语句的值。

如果yield*后面跟着一个数组，由于数组原生支持遍历器，因此就会遍历数组成员。

function* gen(){
  yield* ["a", "b", "c"];
}

gen().next() // { value:"a", done:false }

上面代码中，yield命令后面如果不加星号，返回的是整个数组，加了星号就表示返回的是数组的遍历器对象。

应用

实际上，任何数据结构只要有 Iterator 接口，就可以被yield*遍历。

let read = (function* () {
  yield 'hello';
  yield* 'hello';
})();

read.next().value // "hello"
read.next().value // "h"

上面代码中，yield表达式返回整个字符串，yield*语句返回单个字符。因为字符串具有 Iterator 接口，所以被yield*遍历。

如果被代理的 Generator 函数有return语句，那么就可以向代理它的 Generator 函数返回数据。

function* foo() {
  yield 2;
  yield 3;
  return "foo";
}

function* bar() {
  yield 1;
  var v = yield* foo();
  console.log("v: " + v);
  yield 4;
}

var it = bar();

it.next()
// {value: 1, done: false}
it.next()
// {value: 2, done: false}
it.next()
// {value: 3, done: false}
it.next();
// "v: foo"
// {value: 4, done: false}
it.next()
// {value: undefined, done: true}

上面代码在第四次调用next方法的时候，屏幕上会有输出，这是因为函数foo的return语句，向函数bar提供了返回值。

再看一个例子。

function* genFuncWithReturn() {
  yield 'a';
  yield 'b';
  return 'The result';
}
function* logReturned(genObj) {
  let result = yield* genObj;
  console.log(result);
}

[...logReturned(genFuncWithReturn())]
// The result
// 值为 [ 'a', 'b' ]

上面代码中，存在两次遍历。第一次是扩展运算符遍历函数logReturned返回的遍历器对象，第二次是yield*语句遍历函数genFuncWithReturn返回的遍历器对象。这两次遍历的效果是叠加的，最终表现为扩展运算符遍历函数genFuncWithReturn返回的遍历器对象。所以，最后的数据表达式得到的值等于[ 'a', 'b' ]。但是，函数genFuncWithReturn的return语句的返回值The result，会返回给函数logReturned内部的result变量，因此会有终端输出。

yield*命令可以很方便地取出嵌套数组的所有成员。

function* iterTree(tree) {
  if (Array.isArray(tree)) {
    for(let i=0; i < tree.length; i++) {
      yield* iterTree(tree[i]);
    }
  } else {
    yield tree;
  }
}

const tree = [ 'a', ['b', 'c'], ['d', 'e'] ];

for(let x of iterTree(tree)) {
  console.log(x);
}
// a
// b
// c
// d
// e

由于扩展运算符...默认调用 Iterator 接口，所以上面这个函数也可以用于嵌套数组的平铺。

[...iterTree(tree)] // ["a", "b", "c", "d", "e"]

下面是一个稍微复杂的例子，使用yield*语句遍历完全二叉树。

// 下面是二叉树的构造函数，
// 三个参数分别是左树、当前节点和右树
function Tree(left, label, right) {
  this.left = left;
  this.label = label;
  this.right = right;
}

// 下面是中序（inorder）遍历函数。
// 由于返回的是一个遍历器，所以要用generator函数。
// 函数体内采用递归算法，所以左树和右树要用yield*遍历
function* inorder(t) {
  if (t) {
    yield* inorder(t.left);
    yield t.label;
    yield* inorder(t.right);
  }
}

// 下面生成二叉树
function make(array) {
  // 判断是否为叶节点
  if (array.length == 1) return new Tree(null, array[0], null);
  return new Tree(make(array[0]), array[1], make(array[2]));
}
let tree = make([[['a'], 'b', ['c']], 'd', [['e'], 'f', ['g']]]);

// 遍历二叉树
var result = [];
for (let node of inorder(tree)) {
  result.push(node);
}

result
// ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']

Generator 函数作为对象属性

如果一个对象的属性是 Generator 函数，可以简写成下面的形式。

let obj = {
  * myGeneratorMethod() {
    ···
  }
};

上面代码中，myGeneratorMethod属性前面有一个星号，表示这个属性是一个 Generator 函数。

它的完整形式如下，与上面的写法是等价的。

let obj = {
  myGeneratorMethod: function* () {
    // ···
  }
};

Generator 函数的 this

概念

Generator 函数总是返回一个遍历器，ES6 规定这个遍历器是 Generator 函数的实例，也继承了 Generator 函数的prototype对象上的方法。

function* g() {}

g.prototype.hello = function () {
  return 'hi!';
};

let obj = g();

obj instanceof g // true
obj.hello() // 'hi!'

上面代码表明，Generator 函数g返回的遍历器obj，是g的实例，而且继承了g.prototype。但是，如果把g当作普通的构造函数，并不会生效，因为g返回的总是遍历器对象，而不是this对象。

function* g() {
  this.a = 11;
}

let obj = g();
obj.next();
obj.a // undefined

上面代码中，Generator 函数g在this对象上面添加了一个属性a，但是obj对象拿不到这个属性。

Generator 函数也不能跟new命令一起用，会报错。

function* F() {
  yield this.x = 2;
  yield this.y = 3;
}

new F()
// TypeError: F is not a constructor

上面代码中，new命令跟构造函数F一起使用，结果报错，因为F不是构造函数。

思考

那么，有没有办法让 Generator 函数返回一个正常的对象实例，既可以用next方法，又可以获得正常的this？

下面是一个变通方法。首先，生成一个空对象，使用call方法绑定 Generator 函数内部的this。这样，构造函数调用以后，这个空对象就是 Generator 函数的实例对象了。

function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var obj = {};
var f = F.call(obj);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

obj.a // 1
obj.b // 2
obj.c // 3

上面代码中，首先是F内部的this对象绑定obj对象，然后调用它，返回一个 Iterator 对象。这个对象执行三次next方法（因为F内部有两个yield表达式），完成 F 内部所有代码的运行。这时，所有内部属性都绑定在obj对象上了，因此obj对象也就成了F的实例。

上面代码中，执行的是遍历器对象f，但是生成的对象实例是obj，有没有办法将这两个对象统一呢？

一个办法就是将obj换成F.prototype。

function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var f = F.call(F.prototype);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3

再将F改成构造函数，就可以对它执行new命令了。

function* gen() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}

function F() {
  return gen.call(gen.prototype);
}

var f = new F();

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3

利用Generator实现一些机制

状态机

Generator 是实现状态机的最佳结构。比如，下面的clock函数就是一个状态机。

var ticking = true;
var clock = function() {
  if (ticking)
    console.log('Tick!');
  else
    console.log('Tock!');
  ticking = !ticking;
}

上面代码的clock函数一共有两种状态（Tick和Tock），每运行一次，就改变一次状态。这个函数如果用 Generator 实现，就是下面这样。

var clock = function* () {
  while (true) {
    console.log('Tick!');
    yield;
    console.log('Tock!');
    yield;
  }
};

上面的 Generator 实现与 ES5 实现对比，可以看到少了用来保存状态的外部变量ticking，这样就更简洁，更安全（状态不会被非法篡改）、更符合函数式编程的思想，在写法上也更优雅。Generator 之所以可以不用外部变量保存状态，是因为它本身就包含了一个状态信息，即目前是否处于暂停态。

协程

协程（coroutine）是一种程序运行的方式，可以理解成“协作的线程”或“协作的函数”。协程既可以用单线程实现，也可以用多线程实现。前者是一种特殊的子例程，后者是一种特殊的线程。

（1）协程与子例程的差异

传统的“子例程”（subroutine）采用堆栈式“后进先出”的执行方式，只有当调用的子函数完全执行完毕，才会结束执行父函数。协程与其不同，多个线程（单线程情况下，即多个函数）可以并行执行，但是只有一个线程（或函数）处于正在运行的状态，其他线程（或函数）都处于暂停态（suspended），线程（或函数）之间可以交换执行权。也就是说，一个线程（或函数）执行到一半，可以暂停执行，将执行权交给另一个线程（或函数），等到稍后收回执行权的时候，再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的线程（或函数），就称为协程。

从实现上看，在内存中，子例程只使用一个栈（stack），而协程是同时存在多个栈，但只有一个栈是在运行状态，也就是说，协程是以多占用内存为代价，实现多任务的并行。

（2）协程与普通线程的差异

不难看出，协程适合用于多任务运行的环境。在这个意义上，它与普通的线程很相似，都有自己的执行上下文、可以分享全局变量。它们的不同之处在于，同一时间可以有多个线程处于运行状态，但是运行的协程只能有一个，其他协程都处于暂停状态。此外，普通的线程是抢先式的，到底哪个线程优先得到资源，必须由运行环境决定，但是协程是合作式的，执行权由协程自己分配。

由于 JavaScript 是单线程语言，只能保持一个调用栈。引入协程以后，每个任务可以保持自己的调用栈。这样做的最大好处，就是抛出错误的时候，可以找到原始的调用栈。不至于像异步操作的回调函数那样，一旦出错，原始的调用栈早就结束。

Generator 函数是 ES6 对协程的实现，但属于不完全实现。Generator 函数被称为“半协程”（semi-coroutine），意思是只有 Generator 函数的调用者，才能将程序的执行权还给 Generator 函数。如果是完全执行的协程，任何函数都可以让暂停的协程继续执行。

如果将 Generator 函数当作协程，完全可以将多个需要互相协作的任务写成 Generator 函数，它们之间使用yield表达式交换控制权。

上下文

JavaScript 代码运行时，会产生一个全局的上下文环境（context，又称运行环境），包含了当前所有的变量和对象。然后，执行函数（或块级代码）的时候，又会在当前上下文环境的上层，产生一个函数运行的上下文，变成当前（active）的上下文，由此形成一个上下文环境的堆栈（context stack）。

这个堆栈是“后进先出”的数据结构，最后产生的上下文环境首先执行完成，退出堆栈，然后再执行完成它下层的上下文，直至所有代码执行完成，堆栈清空。

Generator 函数不是这样，它执行产生的上下文环境，一旦遇到yield命令，就会暂时退出堆栈，但是并不消失，里面的所有变量和对象会冻结在当前状态。等到对它执行next命令时，这个上下文环境又会重新加入调用栈，冻结的变量和对象恢复执行。

function* gen() {
  yield 1;
  return 2;
}

let g = gen();

console.log(
  g.next().value,
  g.next().value,
);

上面代码中，第一次执行g.next()时，Generator 函数gen的上下文会加入堆栈，即开始运行gen内部的代码。等遇到yield 1时，gen上下文退出堆栈，内部状态冻结。第二次执行g.next()时，gen上下文重新加入堆栈，变成当前的上下文，重新恢复执行。

Generator应用

Generator 可以暂停函数执行，返回任意表达式的值。这种特点使得 Generator 有多种应用场景。

异步操作的同步化表达

Generator 函数的暂停执行的效果，意味着可以把异步操作写在yield表达式里面，等到调用next方法时再往后执行。这实际上等同于不需要写回调函数了，因为异步操作的后续操作可以放在yield表达式下面，反正要等到调用next方法时再执行。所以，Generator 函数的一个重要实际意义就是用来处理异步操作，改写回调函数。

function* loadUI() {
  showLoadingScreen();
  yield loadUIDataAsynchronously();
  hideLoadingScreen();
}
var loader = loadUI();
// 加载UI
loader.next()

// 卸载UI
loader.next()

上面代码中，第一次调用loadUI函数时，该函数不会执行，仅返回一个遍历器。下一次对该遍历器调用next方法，则会显示Loading界面（showLoadingScreen），并且异步加载数据（loadUIDataAsynchronously）。等到数据加载完成，再一次使用next方法，则会隐藏Loading界面。可以看到，这种写法的好处是所有Loading界面的逻辑，都被封装在一个函数，按部就班非常清晰。

Ajax 是典型的异步操作，通过 Generator 函数部署 Ajax 操作，可以用同步的方式表达。

function* main() {
  var result = yield request("http://some.url");
  var resp = JSON.parse(result);
    console.log(resp.value);
}

function request(url) {
  makeAjaxCall(url, function(response){
    it.next(response);
  });
}

var it = main();
it.next();

上面代码的main函数，就是通过 Ajax 操作获取数据。可以看到，除了多了一个yield，它几乎与同步操作的写法完全一样。注意，makeAjaxCall函数中的next方法，必须加上response参数，因为yield表达式，本身是没有值的，总是等于undefined。

下面是另一个例子，通过 Generator 函数逐行读取文本文件。

function* numbers() {
  let file = new FileReader("numbers.txt");
  try {
    while(!file.eof) {
      yield parseInt(file.readLine(), 10);
    }
  } finally {
    file.close();
  }
}

上面代码打开文本文件，使用yield表达式可以手动逐行读取文件。

控制流管理

如果有一个多步操作非常耗时，采用回调函数，可能会写成下面这样。

step1(function (value1) {
  step2(value1, function(value2) {
    step3(value2, function(value3) {
      step4(value3, function(value4) {
        // Do something with value4
      });
    });
  });
});

采用 Promise 改写上面的代码。

Promise.resolve(step1)
  .then(step2)
  .then(step3)
  .then(step4)
  .then(function (value4) {
    // Do something with value4
  }, function (error) {
    // Handle any error from step1 through step4
  })
  .done();

上面代码已经把回调函数，改成了直线执行的形式，但是加入了大量 Promise 的语法。Generator 函数可以进一步改善代码运行流程。

function* longRunningTask(value1) {
  try {
    var value2 = yield step1(value1);
    var value3 = yield step2(value2);
    var value4 = yield step3(value3);
    var value5 = yield step4(value4);
    // Do something with value4
  } catch (e) {
    // Handle any error from step1 through step4
  }
}

然后，使用一个函数，按次序自动执行所有步骤。

scheduler(longRunningTask(initialValue));

function scheduler(task) {
  var taskObj = task.next(task.value);
  // 如果Generator函数未结束，就继续调用
  if (!taskObj.done) {
    task.value = taskObj.value
    scheduler(task);
  }
}

注意，上面这种做法，只适合同步操作，即所有的task都必须是同步的，不能有异步操作。因为这里的代码一得到返回值，就继续往下执行，没有判断异步操作何时完成。

下面，利用for...of循环会自动依次执行yield命令的特性，提供一种更一般的控制流管理的方法。

let steps = [step1Func, step2Func, step3Func];

function* iterateSteps(steps){
  for (var i=0; i< steps.length; i++){
    var step = steps[i];
    yield step();
  }
}

上面代码中，数组steps封装了一个任务的多个步骤，Generator 函数iterateSteps则是依次为这些步骤加上yield命令。

将任务分解成步骤之后，还可以将项目分解成多个依次执行的任务。

let jobs = [job1, job2, job3];

function* iterateJobs(jobs){
  for (var i=0; i< jobs.length; i++){
    var job = jobs[i];
    yield* iterateSteps(job.steps);
  }
}

上面代码中，数组jobs封装了一个项目的多个任务，Generator 函数iterateJobs则是依次为这些任务加上yield*命令。

最后，就可以用for...of循环一次性依次执行所有任务的所有步骤。

for (var step of iterateJobs(jobs)){
  console.log(step.id);
}

再次提醒，上面的做法只能用于所有步骤都是同步操作的情况，不能有异步操作的步骤。如果想要依次执行异步的步骤，必须使用后面的《异步操作》一章介绍的方法。

for...of的本质是一个while循环，所以上面的代码实质上执行的是下面的逻辑。

var it = iterateJobs(jobs);
var res = it.next();

while (!res.done){
  var result = res.value;
  // ...
  res = it.next();
}

部署 Iterator 接口

利用 Generator 函数，可以在任意对象上部署 Iterator 接口。

function* iterEntries(obj) {
  let keys = Object.keys(obj);
  for (let i=0; i < keys.length; i++) {
    let key = keys[i];
    yield [key, obj[key]];
  }
}

let myObj = { foo: 3, bar: 7 };

for (let [key, value] of iterEntries(myObj)) {
  console.log(key, value);
}

// foo 3
// bar 7

上述代码中，myObj是一个普通对象，通过iterEntries函数，就有了 Iterator 接口。也就是说，可以在任意对象上部署next方法。

下面是一个对数组部署 Iterator 接口的例子，尽管数组原生具有这个接口。

function* makeSimpleGenerator(array){
  var nextIndex = 0;

  while(nextIndex < array.length){
    yield array[nextIndex++];
  }
}

var gen = makeSimpleGenerator(['yo', 'ya']);

gen.next().value // 'yo'
gen.next().value // 'ya'
gen.next().done  // true

作为数据结构

Generator 可以看作是数据结构，更确切地说，可以看作是一个数组结构，因为 Generator 函数可以返回一系列的值，这意味着它可以对任意表达式，提供类似数组的接口。

function* doStuff() {
  yield fs.readFile.bind(null, 'hello.txt');
  yield fs.readFile.bind(null, 'world.txt');
  yield fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt');
}

上面代码就是依次返回三个函数，但是由于使用了 Generator 函数，导致可以像处理数组那样，处理这三个返回的函数。

for (task of doStuff()) {
  // task是一个函数，可以像回调函数那样使用它
}

实际上，如果用 ES5 表达，完全可以用数组模拟 Generator 的这种用法。

function doStuff() {
  return [
    fs.readFile.bind(null, 'hello.txt'),
    fs.readFile.bind(null, 'world.txt'),
    fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt')
  ];
}

上面的函数，可以用一模一样的for...of循环处理！两相一比较，就不难看出 Generator 使得数据或者操作，具备了类似数组的接口。

Generator 改进异步编程

传统方法

ES6 诞生以前，异步编程的方法，大概有下面四种。

• 回调函数
• 事件监听
• 发布/订阅
• Promise 对象

Generator 函数将 JavaScript 异步编程带入了一个全新的阶段。

基本概念

异步

所谓"异步"，简单说就是一个任务不是连续完成的，可以理解成该任务被人为分成两段，先执行第一段，然后转而执行其他任务，等做好了准备，再回过头执行第二段。

比如，有一个任务是读取文件进行处理，任务的第一段是向操作系统发出请求，要求读取文件。然后，程序执行其他任务，等到操作系统返回文件，再接着执行任务的第二段（处理文件）。这种不连续的执行，就叫做异步。

相应地，连续的执行就叫做同步。由于是连续执行，不能插入其他任务，所以操作系统从硬盘读取文件的这段时间，程序只能干等着。

回调函数

JavaScript 语言对异步编程的实现，就是回调函数。所谓回调函数，就是把任务的第二段单独写在一个函数里面，等到重新执行这个任务的时候，就直接调用这个函数。回调函数的英语名字callback，直译过来就是"重新调用"。

读取文件进行处理，是这样写的。

fs.readFile('/etc/passwd', 'utf-8', function (err, data) {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});

上面代码中，readFile函数的第三个参数，就是回调函数，也就是任务的第二段。等到操作系统返回了/etc/passwd这个文件以后，回调函数才会执行。

一个有趣的问题是，为什么 Node 约定，回调函数的第一个参数，必须是错误对象err（如果没有错误，该参数就是null）？

原因是执行分成两段，第一段执行完以后，任务所在的上下文环境就已经结束了。在这以后抛出的错误，原来的上下文环境已经无法捕捉，只能当作参数，传入第二段。

Promise

回调函数本身并没有问题，它的问题出现在多个回调函数嵌套。假定读取A文件之后，再读取B文件，代码如下。

fs.readFile(fileA, 'utf-8', function (err, data) {
  fs.readFile(fileB, 'utf-8', function (err, data) {
    // ...
  });
});

不难想象，如果依次读取两个以上的文件，就会出现多重嵌套。代码不是纵向发展，而是横向发展，很快就会乱成一团，无法管理。因为多个异步操作形成了强耦合，只要有一个操作需要修改，它的上层回调函数和下层回调函数，可能都要跟着修改。这种情况就称为"回调函数地狱"（callback hell）。

Promise 对象就是为了解决这个问题而提出的。它不是新的语法功能，而是一种新的写法，允许将回调函数的嵌套，改成链式调用。采用 Promise，连续读取多个文件，写法如下。

var readFile = require('fs-readfile-promise');

readFile(fileA)
.then(function (data) {
  console.log(data.toString());
})
.then(function () {
  return readFile(fileB);
})
.then(function (data) {
  console.log(data.toString());
})
.catch(function (err) {
  console.log(err);
});

上面代码中，我使用了fs-readfile-promise模块，它的作用就是返回一个 Promise 版本的readFile函数。Promise 提供then方法加载回调函数，catch方法捕捉执行过程中抛出的错误。

可以看到，Promise 的写法只是回调函数的改进，使用then方法以后，异步任务的两段执行看得更清楚了，除此以外，并无新意。

Promise 的最大问题是代码冗余，原来的任务被 Promise 包装了一下，不管什么操作，一眼看去都是一堆then，原来的语义变得很不清楚。

那么，有没有更好的写法呢？

协程

传统的编程语言，早有异步编程的解决方案（其实是多任务的解决方案）。其中有一种叫做"协程"（coroutine），意思是多个线程互相协作，完成异步任务。

协程有点像函数，又有点像线程。它的运行流程大致如下。

• 第一步，协程A开始执行。
• 第二步，协程A执行到一半，进入暂停，执行权转移到协程B。
• 第三步，（一段时间后）协程B交还执行权。
• 第四步，协程A恢复执行。

上面流程的协程A，就是异步任务，因为它分成两段（或多段）执行。

举例来说，读取文件的协程写法如下。

function* asyncJob() {
  // ...其他代码
  var f = yield readFile(fileA);
  // ...其他代码
}

上面代码的函数asyncJob是一个协程，它的奥妙就在其中的yield命令。它表示执行到此处，执行权将交给其他协程。也就是说，yield命令是异步两个阶段的分界线。

协程遇到yield命令就暂停，等到执行权返回，再从暂停的地方继续往后执行。它的最大优点，就是代码的写法非常像同步操作，如果去除yield命令，简直一模一样。

Generator 函数实现协程

Generator 函数是协程在 ES6 的实现，最大特点就是可以交出函数的执行权（即暂停执行）。

整个 Generator 函数就是一个封装的异步任务，或者说是异步任务的容器。异步操作需要暂停的地方，都用yield语句注明。Generator 函数的执行方法如下。

function* gen(x) {
  var y = yield x + 2;
  return y;
}

var g = gen(1);
g.next() // { value: 3, done: false }
g.next() // { value: undefined, done: true }

上面代码中，调用 Generator 函数，会返回一个内部指针（即遍历器）g。这是 Generator 函数不同于普通函数的另一个地方，即执行它不会返回结果，返回的是指针对象。调用指针g的next方法，会移动内部指针（即执行异步任务的第一段），指向第一个遇到的yield语句，上例是执行到x + 2为止。

换言之，next方法的作用是分阶段执行Generator函数。每次调用next方法，会返回一个对象，表示当前阶段的信息（value属性和done属性）。value属性是yield语句后面表达式的值，表示当前阶段的值；done属性是一个布尔值，表示 Generator 函数是否执行完毕，即是否还有下一个阶段。

Generator 函数的数据交换和错误处理

Generator 函数可以暂停执行和恢复执行，这是它能封装异步任务的根本原因。除此之外，它还有两个特性，使它可以作为异步编程的完整解决方案：函数体内外的数据交换和错误处理机制。

next返回值的 value 属性，是 Generator 函数向外输出数据；next方法还可以接受参数，向 Generator 函数体内输入数据。

function* gen(x){
  var y = yield x + 2;
  return y;
}

var g = gen(1);
g.next() // { value: 3, done: false }
g.next(2) // { value: 2, done: true }

上面代码中，第一个next方法的value属性，返回表达式x + 2的值3。第二个next方法带有参数2，这个参数可以传入 Generator 函数，作为上个阶段异步任务的返回结果，被函数体内的变量y接收。因此，这一步的value属性，返回的就是2（变量y的值）。

Generator 函数内部还可以部署错误处理代码，捕获函数体外抛出的错误。

function* gen(x){
  try {
    var y = yield x + 2;
  } catch (e){
    console.log(e);
  }
  return y;
}

var g = gen(1);
g.next();
g.throw('出错了');
// 出错了

上面代码的最后一行，Generator 函数体外，使用指针对象的throw方法抛出的错误，可以被函数体内的try...catch代码块捕获。这意味着，出错的代码与处理错误的代码，实现了时间和空间上的分离，这对于异步编程无疑是很重要的。

异步任务的封装

下面看看如何使用 Generator 函数，执行一个真实的异步任务。

var fetch = require('node-fetch');

function* gen(){
  var url = 'https://api.github.com/users/github';
  var result = yield fetch(url);
  console.log(result.bio);
}

上面代码中，Generator 函数封装了一个异步操作，该操作先读取一个远程接口，然后从 JSON 格式的数据解析信息。就像前面说过的，这段代码非常像同步操作，除了加上了yield命令。

执行这段代码的方法如下。

var g = gen();
var result = g.next();

result.value.then(function(data){
  return data.json();
}).then(function(data){
  g.next(data);
});

上面代码中，首先执行 Generator 函数，获取遍历器对象，然后使用next方法（第二行），执行异步任务的第一阶段。由于Fetch模块返回的是一个 Promise 对象，因此要用then方法调用下一个next方法。

可以看到，虽然 Generator 函数将异步操作表示得很简洁，但是流程管理却不方便（即何时执行第一阶段、何时执行第二阶段）。

Thunk 函数

Thunk 函数是自动执行 Generator 函数的一种方法。

参数的求值策略

Thunk 函数早在上个世纪 60 年代就诞生了。

那时，编程语言刚刚起步，计算机学家还在研究，编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略"，即函数的参数到底应该何时求值。

var x = 1;

function f(m) {
  return m * 2;
}

f(x + 5)

上面代码先定义函数f，然后向它传入表达式x + 5。请问，这个表达式应该何时求值？

一种意见是"传值调用"（call by value），即在进入函数体之前，就计算x + 5的值（等于 6），再将这个值传入函数f。C 语言就采用这种策略。

f(x + 5)
// 传值调用时，等同于
f(6)

另一种意见是“传名调用”（call by name），即直接将表达式x + 5传入函数体，只在用到它的时候求值。Haskell 语言采用这种策略。

f(x + 5)
// 传名调用时，等同于
(x + 5) * 2

传值调用和传名调用，哪一种比较好？

回答是各有利弊。传值调用比较简单，但是对参数求值的时候，实际上还没用到这个参数，有可能造成性能损失。

function f(a, b){
  return b;
}

f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);

上面代码中，函数f的第一个参数是一个复杂的表达式，但是函数体内根本没用到。对这个参数求值，实际上是不必要的。因此，有一些计算机学家倾向于"传名调用"，即只在执行时求值。

Thunk 函数的含义

编译器的“传名调用”实现，往往是将参数放到一个临时函数之中，再将这个临时函数传入函数体。这个临时函数就叫做 Thunk 函数。

function f(m) {
  return m * 2;
}

f(x + 5);

// 等同于

var thunk = function () {
  return x + 5;
};

function f(thunk) {
  return thunk() * 2;
}

上面代码中，函数 f 的参数x + 5被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方，对Thunk函数求值即可。

这就是 Thunk 函数的定义，它是“传名调用”的一种实现策略，用来替换某个表达式。

JavaScript 语言的 Thunk 函数

JavaScript 语言是传值调用，它的 Thunk 函数含义有所不同。在 JavaScript 语言中，Thunk 函数替换的不是表达式，而是多参数函数，将其替换成一个只接受回调函数作为参数的单参数函数。

// 正常版本的readFile（多参数版本）
fs.readFile(fileName, callback);

// Thunk版本的readFile（单参数版本）
var Thunk = function (fileName) {
  return function (callback) {
    return fs.readFile(fileName, callback);
  };
};

var readFileThunk = Thunk(fileName);
readFileThunk(callback);

上面代码中，fs模块的readFile方法是一个多参数函数，两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理，它变成了一个单参数函数，只接受回调函数作为参数。这个单参数版本，就叫做 Thunk 函数。

任何函数，只要参数有回调函数，就能写成 Thunk 函数的形式。下面是一个简单的 Thunk 函数转换器。

// ES5版本
var Thunk = function(fn){
  return function (){
    var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
    return function (callback){
      args.push(callback);
      return fn.apply(this, args);
    }
  };
};

// ES6版本
const Thunk = function(fn) {
  return function (...args) {
    return function (callback) {
      return fn.call(this, ...args, callback);
    }
  };
};

使用上面的转换器，生成fs.readFile的 Thunk 函数。

var readFileThunk = Thunk(fs.readFile);
readFileThunk(fileA)(callback);

下面是另一个完整的例子。

function f(a, cb) {
  cb(a);
}
const ft = Thunk(f);

ft(1)(console.log) // 1

Thunkify 模块

生产环境的转换器，建议使用 Thunkify 模块。

首先是安装。

npm install thunkify

使用方式如下。

var thunkify = require('thunkify');
var fs = require('fs');

var read = thunkify(fs.readFile);
read('package.json')(function(err, str){
  // ...
});

Thunkify 的源码与上一节那个简单的转换器非常像。

function thunkify(fn) {
  return function() {
    var args = new Array(arguments.length);
    var ctx = this;

    for (var i = 0; i < args.length; ++i) {
      args[i] = arguments[i];
    }

    return function (done) {
      var called;

      args.push(function () {
        if (called) return;
        called = true;
        done.apply(null, arguments);
      });

      try {
        fn.apply(ctx, args);
      } catch (err) {
        done(err);
      }
    }
  }
};

它的源码主要多了一个检查机制，变量called确保回调函数只运行一次。这样的设计与下文的 Generator 函数相关。请看下面的例子。

function f(a, b, callback){
  var sum = a + b;
  callback(sum);
  callback(sum);
}

var ft = thunkify(f);
var print = console.log.bind(console);
ft(1, 2)(print);
// 3

上面代码中，由于thunkify只允许回调函数执行一次，所以只输出一行结果。

Generator 函数的流程管理

你可能会问， Thunk 函数有什么用？回答是以前确实没什么用，但是 ES6 有了 Generator 函数，Thunk 函数现在可以用于 Generator 函数的自动流程管理。

Generator 函数可以自动执行。

function* gen() {
  // ...
}

var g = gen();
var res = g.next();

while(!res.done){
  console.log(res.value);
  res = g.next();
}

上面代码中，Generator 函数gen会自动执行完所有步骤。

但是，这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完，才能执行后一步，上面的自动执行就不可行。这时，Thunk 函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的 Generator 函数封装了两个异步操作。

var fs = require('fs');
var thunkify = require('thunkify');
var readFileThunk = thunkify(fs.readFile);

var gen = function* (){
  var r1 = yield readFileThunk('/etc/fstab');
  console.log(r1.toString());
  var r2 = yield readFileThunk('/etc/shells');
  console.log(r2.toString());
};

上面代码中，yield命令用于将程序的执行权移出 Generator 函数，那么就需要一种方法，将执行权再交还给 Generator 函数。

这种方法就是 Thunk 函数，因为它可以在回调函数里，将执行权交还给 Generator 函数。为了便于理解，我们先看如何手动执行上面这个 Generator 函数。

var g = gen();

var r1 = g.next();
r1.value(function (err, data) {
  if (err) throw err;
  var r2 = g.next(data);
  r2.value(function (err, data) {
    if (err) throw err;
    g.next(data);
  });
});

上面代码中，变量g是 Generator 函数的内部指针，表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步，并返回该步的信息（value属性和done属性）。

仔细查看上面的代码，可以发现 Generator 函数的执行过程，其实是将同一个回调函数，反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。

Thunk 函数的自动流程管理

Thunk 函数真正的威力，在于可以自动执行 Generator 函数。下面就是一个基于 Thunk 函数的 Generator 执行器。

function run(fn) {
  var gen = fn();

  function next(err, data) {
    var result = gen.next(data);
    if (result.done) return;
    result.value(next);
  }

  next();
}

function* g() {
  // ...
}

run(g);

上面代码的run函数，就是一个 Generator 函数的自动执行器。内部的next函数就是 Thunk 的回调函数。next函数先将指针移到 Generator 函数的下一步（gen.next方法），然后判断 Generator 函数是否结束（result.done属性），如果没结束，就将next函数再传入 Thunk 函数（result.value属性），否则就直接退出。

有了这个执行器，执行 Generator 函数方便多了。不管内部有多少个异步操作，直接把 Generator 函数传入run函数即可。当然，前提是每一个异步操作，都要是 Thunk 函数，也就是说，跟在yield命令后面的必须是 Thunk 函数。

var g = function* (){
  var f1 = yield readFileThunk('fileA');
  var f2 = yield readFileThunk('fileB');
  // ...
  var fn = yield readFileThunk('fileN');
};

run(g);

上面代码中，函数g封装了n个异步的读取文件操作，只要执行run函数，这些操作就会自动完成。这样一来，异步操作不仅可以写得像同步操作，而且一行代码就可以执行。

Thunk 函数并不是 Generator 函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是，必须有一种机制，自动控制 Generator 函数的流程，接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点，Promise 对象也可以做到这一点。

co 模块

基本用法

co 模块是著名程序员 TJ Holowaychuk 于 2013 年 6 月发布的一个小工具，用于 Generator 函数的自动执行。

下面是一个 Generator 函数，用于依次读取两个文件。

var gen = function* () {
  var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};

co 模块可以让你不用编写 Generator 函数的执行器。

var co = require('co');
co(gen);

上面代码中，Generator 函数只要传入co函数，就会自动执行。

co函数返回一个Promise对象，因此可以用then方法添加回调函数。

co(gen).then(function (){
  console.log('Generator 函数执行完成');
});

上面代码中，等到 Generator 函数执行结束，就会输出一行提示。

co 模块的原理

为什么 co 可以自动执行 Generator 函数？

前面说过，Generator 就是一个异步操作的容器。它的自动执行需要一种机制，当异步操作有了结果，能够自动交回执行权。

两种方法可以做到这一点。

（1）回调函数。将异步操作包装成 Thunk 函数，在回调函数里面交回执行权。

（2）Promise 对象。将异步操作包装成 Promise 对象，用then方法交回执行权。

co 模块其实就是将两种自动执行器（Thunk 函数和 Promise 对象），包装成一个模块。使用 co 的前提条件是，Generator 函数的yield命令后面，只能是 Thunk 函数或 Promise 对象。如果数组或对象的成员，全部都是 Promise 对象，也可以使用 co，详见后文的例子。

上一节已经介绍了基于 Thunk 函数的自动执行器。下面来看，基于 Promise 对象的自动执行器。这是理解 co 模块必须的。

基于 Promise 对象的自动执行

还是沿用上面的例子。首先，把fs模块的readFile方法包装成一个 Promise 对象。

var fs = require('fs');

var readFile = function (fileName){
  return new Promise(function (resolve, reject){
    fs.readFile(fileName, function(error, data){
      if (error) return reject(error);
      resolve(data);
    });
  });
};

var gen = function* (){
  var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};

然后，手动执行上面的 Generator 函数。

var g = gen();

g.next().value.then(function(data){
  g.next(data).value.then(function(data){
    g.next(data);
  });
});

手动执行其实就是用then方法，层层添加回调函数。理解了这一点，就可以写出一个自动执行器。

function run(gen){
  var g = gen();

  function next(data){
    var result = g.next(data);
    if (result.done) return result.value;
    result.value.then(function(data){
      next(data);
    });
  }

  next();
}

run(gen);

上面代码中，只要 Generator 函数还没执行到最后一步，next函数就调用自身，以此实现自动执行。

co 模块的源码

co 就是上面那个自动执行器的扩展，它的源码只有几十行，非常简单。

首先，co 函数接受 Generator 函数作为参数，返回一个 Promise 对象。

function co(gen) {
  var ctx = this;

  return new Promise(function(resolve, reject) {
  });
}

在返回的 Promise 对象里面，co 先检查参数gen是否为 Generator 函数。如果是，就执行该函数，得到一个内部指针对象；如果不是就返回，并将 Promise 对象的状态改为resolved。

function co(gen) {
  var ctx = this;

  return new Promise(function(resolve, reject) {
    if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
    if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);
  });
}

接着，co 将 Generator 函数的内部指针对象的next方法，包装成onFulfilled函数。这主要是为了能够捕捉抛出的错误。

function co(gen) {
  var ctx = this;

  return new Promise(function(resolve, reject) {
    if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
    if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);

    onFulfilled();
    function onFulfilled(res) {
      var ret;
      try {
        ret = gen.next(res);
      } catch (e) {
        return reject(e);
      }
      next(ret);
    }
  });
}

最后，就是关键的next函数，它会反复调用自身。

function next(ret) {
  if (ret.done) return resolve(ret.value);
  var value = toPromise.call(ctx, ret.value);
  if (value && isPromise(value)) return value.then(onFulfilled, onRejected);
  return onRejected(
    new TypeError(
      'You may only yield a function, promise, generator, array, or object, '
      + 'but the following object was passed: "'
      + String(ret.value)
      + '"'
    )
  );
}

上面代码中，next函数的内部代码，一共只有四行命令。

第一行，检查当前是否为 Generator 函数的最后一步，如果是就返回。

第二行，确保每一步的返回值，是 Promise 对象。

第三行，使用then方法，为返回值加上回调函数，然后通过onFulfilled函数再次调用next函数。

第四行，在参数不符合要求的情况下（参数非 Thunk 函数和 Promise 对象），将 Promise 对象的状态改为rejected，从而终止执行。

处理并发的异步操作

co 支持并发的异步操作，即允许某些操作同时进行，等到它们全部完成，才进行下一步。

这时，要把并发的操作都放在数组或对象里面，跟在yield语句后面。

// 数组的写法
co(function* () {
  var res = yield [
    Promise.resolve(1),
    Promise.resolve(2)
  ];
  console.log(res);
}).catch(onerror);

// 对象的写法
co(function* () {
  var res = yield {
    1: Promise.resolve(1),
    2: Promise.resolve(2),
  };
  console.log(res);
}).catch(onerror);

下面是另一个例子。

co(function* () {
  var values = [n1, n2, n3];
  yield values.map(somethingAsync);
});

function* somethingAsync(x) {
  // do something async
  return y
}

上面的代码允许并发三个somethingAsync异步操作，等到它们全部完成，才会进行下一步。

实例：处理 Stream

Node 提供 Stream 模式读写数据，特点是一次只处理数据的一部分，数据分成一块块依次处理，就好像“数据流”一样。这对于处理大规模数据非常有利。Stream 模式使用 EventEmitter API，会释放三个事件。

• data事件：下一块数据块已经准备好了。
• end事件：整个“数据流”处理完了。
• error事件：发生错误。

使用Promise.race()函数，可以判断这三个事件之中哪一个最先发生，只有当data事件最先发生时，才进入下一个数据块的处理。从而，我们可以通过一个while循环，完成所有数据的读取。

const co = require('co');
const fs = require('fs');

const stream = fs.createReadStream('./les_miserables.txt');
let valjeanCount = 0;

co(function*() {
  while(true) {
    const res = yield Promise.race([
      new Promise(resolve => stream.once('data', resolve)),
      new Promise(resolve => stream.once('end', resolve)),
      new Promise((resolve, reject) => stream.once('error', reject))
    ]);
    if (!res) {
      break;
    }
    stream.removeAllListeners('data');
    stream.removeAllListeners('end');
    stream.removeAllListeners('error');
    valjeanCount += (res.toString().match(/valjean/ig) || []).length;
  }
  console.log('count:', valjeanCount); // count: 1120
});

上面代码采用 Stream 模式读取《悲惨世界》的文本文件，对于每个数据块都使用stream.once方法，在data、end、error三个事件上添加一次性回调函数。变量res只有在data事件发生时才有值，然后累加每个数据块之中valjean这个词出现的次数。

async 函数

本质

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

// 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 () => {};

语法详解

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。

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。

async function f() {
  throw new Error('出错了');
}

f().then(
  v => console.log('resolve', v),
  e => console.log('reject', e)
)
//reject 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。

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。

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（即定义了then方法的对象），那么await会将其等同于 Promise 对象。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

// 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。

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。

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。

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。

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。

上面的reduce()的参数函数里面没有return语句，原因是这个函数的主要目的是db.post()操作，不是返回值。而且async函数不管有没有return语句，总是返回一个 Promise 对象，所以这里的return是不必要的。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

// 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，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。

// 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。

// awaiting.js
let output;
(async function 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。

// 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。

// 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。

// 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。

// 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。

// 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。

注意，顶层await只能用在 ES6 模块，不能用在 CommonJS 模块。这是因为 CommonJS 模块的require()是同步加载，如果有顶层await，就没法处理加载了。

下面是顶层await的一些使用场景。

// 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。

// 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。