1.傳統方法

ES6 誕生以前，異步編程的方法，大概有下面四種。

• 回調函數
• 事件監聽
• 發布/訂閱
• Promise 對象

Generator 函數將 JavaScript 異步編程帶入了一個全新的階段。

2.基本概念

異步

所謂"異步"，簡單說就是一個任務不是連續完成的，可以理解成該任務被人為分成兩段，先執行第一段，然後轉而執行其他任務，等做好了準備，再回過頭執行第二段。

比如，有一個任務是讀取文件進行處理，任務的第一段是向操作系統發出請求，要求讀取文件。然後，程序執行其他任務，等到操作系統返回文件，再接著執行任務的第二段（處理文件）。這種不連續的執行，就叫做異步。

相應地，連續的執行就叫做同步。由於是連續執行，不能插入其他任務，所以操作系統從硬盤讀取文件的這段時間，程序只能幹等著。

回調函數

JavaScript 語言對異步編程的實現，就是回調函數。所謂回調函數，就是把任務的第二段單獨寫在一個函數裏面，等到重新執行這個任務的時候，就直接調用這個函數。回調函數的英語名字callback，直譯過來就是"重新調用"。

最典型的回調，讀取文件進行處理，是這樣寫的。

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

上面代碼中，readFile函數的第三個參數，就是回調函數，也就是任務的第二段。等到操作系統返回了/etc/passwd

一個有趣的問題是，為什麽 Node 約定，回調函數的第一個參數，必須是錯誤對象err（如果沒有錯誤，該參數就是null）？

原因是執行分成兩段，第一段執行完以後，任務所在的上下文環境就已經結束了。在這以後拋出的錯誤，原來的上下文環境已經無法捕捉，只能當作參數，傳入第二段。

Promise

回調函數本身並沒有問題，它的問題出現在多個回調函數嵌套。假定讀取A文件之後，再讀取B文件，代碼如下。

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

不難想象，如果依次讀取兩個以上的文件，就會出現多重嵌套。代碼不是縱向發展，而是橫向發展，很快就會亂成一團，無法管理。因為多個異步操作形成了強耦合，只要有一個操作需要修改，它的上層回調函數和下層回調函數，可能都要跟著修改。這種情況就稱為"回調函數地獄"（callback hell）。

Promise 對象就是為了解決這個問題而提出的。它不是新的語法功能，而是一種新的寫法，允許將回調函數的嵌套，改成鏈式調用。采用 Promise，連續讀取多個文件，寫法如下。

 1 var readFile = require(‘fs-readfile-promise‘);
 2 
 3 readFile(fileA)
 4 .then(function (data) {
 5   console.log(data.toString());
 6 })
 7 .then(function () {
 8   return readFile(fileB);
 9 })
10 .then(function (data) {
11   console.log(data.toString());
12 })
13 .catch(function (err) {
14   console.log(err);
15 });

上面代碼中，我使用了fs-readfile-promise模塊，它的作用就是返回一個 Promise 版本的readFile函數。Promise 提供then方法加載回調函數，catch方法捕捉執行過程中拋出的錯誤。

可以看到，Promise 的寫法只是回調函數的改進，使用then方法以後，異步任務的兩段執行看得更清楚了，除此以外，並無新意。

Promise 的最大問題是代碼冗余，原來的任務被 Promise 包裝了一下，不管什麽操作，一眼看去都是一堆then，原來的語義變得很不清楚。

那麽，有沒有更好的寫法呢？那就是最新的async/await語法，比Generator更加簡單，號稱異步的終極解決方案。

3.Generator 函數

協程

傳統的編程語言，早有異步編程的解決方案（其實是多任務的解決方案）。其中有一種叫做"協程"（coroutine），意思是多個線程互相協作，完成異步任務。

協程有點像函數，又有點像線程。它的運行流程大致如下。

• 第一步，協程A開始執行。
• 第二步，協程A執行到一半，進入暫停，執行權轉移到協程B。
• 第三步，（一段時間後）協程B交還執行權。
• 第四步，協程A恢復執行。

上面流程的協程A，就是異步任務，因為它分成兩段（或多段）執行。

舉例來說，讀取文件的協程寫法如下。

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

上面代碼的函數asyncJob是一個協程，它的奧妙就在其中的yield命令。它表示執行到此處，執行權將交給其他協程。也就是說，yield命令是異步兩個階段的分界線。

協程遇到yield命令就暫停，等到執行權返回，再從暫停的地方繼續往後執行。它的最大優點，就是代碼的寫法非常像同步操作，如果去除yield命令，簡直一模一樣。

協程的 Generator 函數實現

Generator 函數是協程在 ES6 的實現，最大特點就是可以交出函數的執行權（即暫停執行）。

整個 Generator 函數就是一個封裝的異步任務，或者說是異步任務的容器。異步操作需要暫停的地方，都用yield語句註明。Generator 函數的執行方法如下。

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 }

上面代碼中，調用 Generator 函數，會返回一個內部指針（即遍歷器）g。這是 Generator 函數不同於普通函數的另一個地方，即執行它不會返回結果，返回的是指針對象。

調用指針g的next方法，會移動內部指針（即執行異步任務的第一段），指向第一個遇到的yield語句，上例是執行到x + 2為止。

換言之，next方法的作用是分階段執行Generator函數。每次調用next方法，會返回一個對象，表示當前階段的信息（value屬性和done屬性）。value屬性是yield語句後面表達式的值，表示當前階段的值；done屬性是一個布爾值，表示 Generator 函數是否執行完畢，即是否還有下一個階段。

Generator 函數的數據交換和錯誤處理

Generator 函數可以暫停執行和恢復執行，這是它能封裝異步任務的根本原因。除此之外，它還有兩個特性，使它可以作為異步編程的完整解決方案：函數體內外的數據交換和錯誤處理機制。

next返回值的 value 屬性，是 Generator 函數向外輸出數據；next方法還可以接受參數，向 Generator 函數體內輸入數據。

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 }

Generator 函數內部還可以部署錯誤處理代碼，捕獲函數體外拋出的錯誤。

 1 function* gen(x){
 2   try {
 3     var y = yield x + 2;
 4   } catch (e){
 5     console.log(e);
 6   }
 7   return y;
 8 }
 9 
10 var g = gen(1);
11 g.next();
12 g.throw(‘出錯了‘);
13 // 出錯了

上面代碼的最後一行，Generator 函數體外，使用指針對象的throw方法拋出的錯誤，可以被函數體內的try...catch代碼塊捕獲。這意味著，出錯的代碼與處理錯誤的代碼，實現了時間和空間上的分離，這對於異步編程無疑是很重要的。

異步任務的封裝

var fetch = require(‘node-fetch‘);

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

上面代碼中，Generator 函數封裝了一個異步操作，該操作先讀取一個遠程接口，然後從 JSON 格式的數據解析信息。就像前面說過的，這段代碼非常像同步操作，除了加上了yield命令。

執行這段代碼的方法如下。

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

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

上面代碼中，首先執行 Generator 函數，獲取遍歷器對象，然後使用next方法（第二行），執行異步任務的第一階段。由於Fetch模塊返回的是一個 Promise 對象，因此要用then方法調用下一個next方法。

可以看到，雖然 Generator 函數將異步操作表示得很簡潔，但是流程管理卻不方便（即何時執行第一階段、何時執行第二階段）。

4.Thunk 函數

Thunk 函數是自動執行 Generator 函數的一種方法。也就是說不用每次調next()了？

參數的求值策略

Thunk 函數早在上個世紀 60 年代就誕生了。

那時，編程語言剛剛起步，計算機學家還在研究，編譯器怎麽寫比較好。一個爭論的焦點是"求值策略"，即函數的參數到底應該何時求值。

var x = 1;

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

f(x + 5)

上面代碼先定義函數f，然後向它傳入表達式x + 5。請問，這個表達式應該何時求值？

一種意見是"傳值調用"（call by value），即在進入函數體之前，就計算x + 5的值（等於 6），再將這個值傳入函數f。C 語言就采用這種策略。

f(x + 5)
// 傳值調用時，等同於
f(6)

另一種意見是“傳名調用”（call by name），即直接將表達式x + 5傳入函數體，只在用到它的時候求值。Haskell 語言采用這種策略。

f(x + 5)
// 傳名調用時，等同於
(x + 5) * 2

傳值調用和傳名調用，哪一種比較好？

回答是各有利弊。傳值調用比較簡單，但是對參數求值的時候，實際上還沒用到這個參數，有可能造成性能損失。假如根本用不到這個參數，豈不是白求值了。

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

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

上面代碼中，函數f的第一個參數是一個復雜的表達式，但是函數體內根本沒用到。對這個參數求值，實際上是不必要的。因此，有一些計算機學家傾向於"傳名調用"，即只在執行時求值。

JavaScript是傳值調用。

Thunk 函數的含義

編譯器的“傳名調用”實現，往往是將參數放到一個臨時函數之中，再將這個臨時函數傳入函數體。這個臨時函數就叫做 Thunk 函數。

 1 function f(m) {
 2   return m * 2;
 3 }
 4 
 5 f(x + 5);
 6 
 7 // 等同於
 8 
 9 var thunk = function () {
10   return x + 5;
11 };
12 
13 function f(thunk) {
14   return thunk() * 2;
15 }

上面代碼中，函數 f 的參數x + 5被一個函數替換了。凡是用到原參數的地方，對Thunk函數求值即可。

這就是 Thunk 函數的定義，它是“傳名調用”的一種實現策略，用來替換某個表達式。

JavaScript 語言的 Thunk 函數

JavaScript 語言是傳值調用，它的 Thunk 函數含義有所不同。在 JavaScript 語言中，Thunk 函數替換的不是表達式，而是多參數函數，將其替換成一個只接受回調函數作為參數的單參數函數。

 1 // 正常版本的readFile（多參數版本）
 2 fs.readFile(fileName, callback);
 3 
 4 // Thunk版本的readFile（單參數版本）
 5 var Thunk = function (fileName) {
 6   return function (callback) {
 7     return fs.readFile(fileName, callback);
 8   };
 9 };
10 
11 var readFileThunk = Thunk(fileName);
12 readFileThunk(callback);

上面代碼中，fs模塊的readFile方法是一個多參數函數，兩個參數分別為文件名和回調函數。經過轉換器處理，它變成了一個單參數函數，只接受回調函數作為參數。這個單參數版本，就叫做 Thunk 函數。

任何函數，只要參數有回調函數，就能寫成 Thunk 函數的形式。下面是一個簡單的 Thunk 函數轉換器。

 1 // ES5版本
 2 var Thunk = function(fn){
 3   return function (){
 4     var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
 5     return function (callback){
 6       args.push(callback);
 7       return fn.apply(this, args);
 8     }
 9   };
10 };
11 
12 // ES6版本
13 const Thunk = function(fn) {
14   return function (...args) {
15     return function (callback) {
16       return fn.call(this, ...args, callback);
17     }
18   };
19 };

使用上面的轉換器，生成fs.readFile的 Thunk 函數。

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

下面是另一個完整的例子。

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

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

ES6學習筆記（十五）Generator函數的異步應用