ECMAScript 6 入门教程—异步遍历器
共 8592字，需浏览 18分钟
·
2020-11-11 22:47
作者 | 阮一峰
同步遍历器的问题
《遍历器》一章说过，Iterator 接口是一种数据遍历的协议，只要调用遍历器对象的next方法，就会得到一个对象，表示当前遍历指针所在的那个位置的信息。next方法返回的对象的结构是{value, done}，其中value表示当前的数据的值，done是一个布尔值，表示遍历是否结束。
function idMaker() {
let index = 0;
return {
next: function() {
return { value: index++, done: false };
}
};
}
const it = idMaker();
it.next().value // 0
it.next().value // 1
it.next().value // 2
// ...
it是一个遍历器（iterator）。每次调用it.next()方法，就返回一个对象，表示当前遍历位置的信息。it.next()方法必须是同步的，只要调用就必须立刻返回值。也就是说，一旦执行it.next()方法，就必须同步地得到value和done这两个属性。如果遍历指针正好指向同步操作，当然没有问题，但对于异步操作，就不太合适了。
function idMaker() {
let index = 0;
return {
next: function() {
return new Promise(function (resolve, reject) {
setTimeout(() => {
resolve({ value: index++, done: false });
}, 1000);
});
}
};
}
上面代码中，next()方法返回的是一个 Promise 对象，这样就不行，不符合 Iterator 协议，只要代码里面包含异步操作都不行。也就是说，Iterator 协议里面next()方法只能包含同步操作。
目前的解决方法是，将异步操作包装成 Thunk 函数或者 Promise 对象，即next()方法返回值的value属性是一个 Thunk 函数或者 Promise 对象，等待以后返回真正的值，而done属性则还是同步产生的。
function idMaker() {
let index = 0;
return {
next: function() {
return {
value: new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve(index++), 1000)),
done: false
};
}
};
}
const it = idMaker();
it.next().value.then(o => console.log(o)) // 1
it.next().value.then(o => console.log(o)) // 2
it.next().value.then(o => console.log(o)) // 3
// ...
上面代码中，value属性的返回值是一个 Promise 对象，用来放置异步操作。但是这样写很麻烦，不太符合直觉，语义也比较绕。
ES2018 引入了“异步遍历器”（Async Iterator），为异步操作提供原生的遍历器接口，即value和done这两个属性都是异步产生。
异步遍历的接口
异步遍历器的最大的语法特点，就是调用遍历器的next方法，返回的是一个 Promise 对象。
asyncIterator
.next()
.then(
({ value, done }) => /* ... */
);
上面代码中，asyncIterator是一个异步遍历器，调用next方法以后，返回一个 Promise 对象。因此，可以使用then方法指定，这个 Promise 对象的状态变为resolve以后的回调函数。回调函数的参数，则是一个具有value和done两个属性的对象，这个跟同步遍历器是一样的。
我们知道，一个对象的同步遍历器的接口，部署在Symbol.iterator属性上面。同样地，对象的异步遍历器接口，部署在Symbol.asyncIterator属性上面。不管是什么样的对象，只要它的Symbol.asyncIterator属性有值，就表示应该对它进行异步遍历。
下面是一个异步遍历器的例子。
const asyncIterable = createAsyncIterable(['a', 'b']);
const asyncIterator = asyncIterable[Symbol.asyncIterator]();
asyncIterator
.next()
.then(iterResult1 => {
console.log(iterResult1); // { value: 'a', done: false }
return asyncIterator.next();
})
.then(iterResult2 => {
console.log(iterResult2); // { value: 'b', done: false }
return asyncIterator.next();
})
.then(iterResult3 => {
console.log(iterResult3); // { value: undefined, done: true }
});
上面代码中，异步遍历器其实返回了两次值。第一次调用的时候，返回一个 Promise 对象；等到 Promise 对象resolve了，再返回一个表示当前数据成员信息的对象。这就是说，异步遍历器与同步遍历器最终行为是一致的，只是会先返回 Promise 对象，作为中介。
由于异步遍历器的next方法，返回的是一个 Promise 对象。因此，可以把它放在await命令后面。
async function f() {
const asyncIterable = createAsyncIterable(['a', 'b']);
const asyncIterator = asyncIterable[Symbol.asyncIterator]();
console.log(await asyncIterator.next());
// { value: 'a', done: false }
console.log(await asyncIterator.next());
// { value: 'b', done: false }
console.log(await asyncIterator.next());
// { value: undefined, done: true }
}
上面代码中，next方法用await处理以后，就不必使用then方法了。整个流程已经很接近同步处理了。
注意，异步遍历器的next方法是可以连续调用的，不必等到上一步产生的 Promise 对象resolve以后再调用。这种情况下，next方法会累积起来，自动按照每一步的顺序运行下去。下面是一个例子，把所有的next方法放在Promise.all方法里面。
const asyncIterable = createAsyncIterable(['a', 'b']);
const asyncIterator = asyncIterable[Symbol.asyncIterator]();
const [{value: v1}, {value: v2}] = await Promise.all([
asyncIterator.next(), asyncIterator.next()
]);
console.log(v1, v2); // a b
另一种用法是一次性调用所有的next方法，然后await最后一步操作。
async function runner() {
const writer = openFile('someFile.txt');
writer.next('hello');
writer.next('world');
await writer.return();
}
runner();
for await...of
前面介绍过，for...of循环用于遍历同步的 Iterator 接口。新引入的for await...of循环，则是用于遍历异步的 Iterator 接口。
async function f() {
for await (const x of createAsyncIterable(['a', 'b'])) {
console.log(x);
}
}
// a
// b
上面代码中，createAsyncIterable()返回一个拥有异步遍历器接口的对象，for...of循环自动调用这个对象的异步遍历器的next方法，会得到一个 Promise 对象。await用来处理这个 Promise 对象，一旦resolve，就把得到的值（x）传入for...of的循环体。
for await...of循环的一个用途，是部署了 asyncIterable 操作的异步接口，可以直接放入这个循环。
let body = '';
async function f() {
for await(const data of req) body += data;
const parsed = JSON.parse(body);
console.log('got', parsed);
}
上面代码中，req是一个 asyncIterable 对象，用来异步读取数据。可以看到，使用for await...of循环以后，代码会非常简洁。
如果next方法返回的 Promise 对象被reject，for await...of就会报错，要用try...catch捕捉。
async function () {
try {
for await (const x of createRejectingIterable()) {
console.log(x);
}
} catch (e) {
console.error(e);
}
}
注意，for await...of循环也可以用于同步遍历器。
(async function () {
for await (const x of ['a', 'b']) {
console.log(x);
}
})();
// a
// b
Node v10 支持异步遍历器，Stream 就部署了这个接口。下面是读取文件的传统写法与异步遍历器写法的差异。
// 传统写法
function main(inputFilePath) {
const readStream = fs.createReadStream(
inputFilePath,
{ encoding: 'utf8', highWaterMark: 1024 }
);
readStream.on('data', (chunk) => {
console.log('>>> '+chunk);
});
readStream.on('end', () => {
console.log('### DONE ###');
});
}
// 异步遍历器写法
async function main(inputFilePath) {
const readStream = fs.createReadStream(
inputFilePath,
{ encoding: 'utf8', highWaterMark: 1024 }
);
for await (const chunk of readStream) {
console.log('>>> '+chunk);
}
console.log('### DONE ###');
}
异步 Generator 函数
就像 Generator 函数返回一个同步遍历器对象一样，异步 Generator 函数的作用，是返回一个异步遍历器对象。
在语法上，异步 Generator 函数就是async函数与 Generator 函数的结合。
async function* gen() {
yield 'hello';
}
const genObj = gen();
genObj.next().then(x => console.log(x));
// { value: 'hello', done: false }
上面代码中，gen是一个异步 Generator 函数，执行后返回一个异步 Iterator 对象。对该对象调用next方法，返回一个 Promise 对象。
异步遍历器的设计目的之一，就是 Generator 函数处理同步操作和异步操作时，能够使用同一套接口。
// 同步 Generator 函数
function* map(iterable, func) {
const iter = iterable[Symbol.iterator]();
while (true) {
const {value, done} = iter.next();
if (done) break;
yield func(value);
}
}
// 异步 Generator 函数
async function* map(iterable, func) {
const iter = iterable[Symbol.asyncIterator]();
while (true) {
const {value, done} = await iter.next();
if (done) break;
yield func(value);
}
}
上面代码中，map是一个 Generator 函数，第一个参数是可遍历对象iterable，第二个参数是一个回调函数func。map的作用是将iterable每一步返回的值，使用func进行处理。上面有两个版本的map，前一个处理同步遍历器，后一个处理异步遍历器，可以看到两个版本的写法基本上是一致的。
下面是另一个异步 Generator 函数的例子。
async function* readLines(path) {
let file = await fileOpen(path);
try {
while (!file.EOF) {
yield await file.readLine();
}
} finally {
await file.close();
}
}
上面代码中，异步操作前面使用await关键字标明，即await后面的操作，应该返回 Promise 对象。凡是使用yield关键字的地方，就是next方法停下来的地方，它后面的表达式的值（即await file.readLine()的值），会作为next()返回对象的value属性，这一点是与同步 Generator 函数一致的。
异步 Generator 函数内部，能够同时使用await和yield命令。可以这样理解，await命令用于将外部操作产生的值输入函数内部，yield命令用于将函数内部的值输出。
上面代码定义的异步 Generator 函数的用法如下。
(async function () {
for await (const line of readLines(filePath)) {
console.log(line);
}
})()
异步 Generator 函数可以与for await...of循环结合起来使用。
async function* prefixLines(asyncIterable) {
for await (const line of asyncIterable) {
yield '> ' + line;
}
}
异步 Generator 函数的返回值是一个异步 Iterator，即每次调用它的next方法，会返回一个 Promise 对象，也就是说，跟在yield命令后面的，应该是一个 Promise 对象。如果像上面那个例子那样，yield命令后面是一个字符串，会被自动包装成一个 Promise 对象。
function fetchRandom() {
const url = 'https://www.random.org/decimal-fractions/'
+ '?num=1&dec=10&col=1&format=plain&rnd=new';
return fetch(url);
}
async function* asyncGenerator() {
console.log('Start');
const result = await fetchRandom(); // (A)
yield 'Result: ' + await result.text(); // (B)
console.log('Done');
}
const ag = asyncGenerator();
ag.next().then(({value, done}) => {
console.log(value);
})
上面代码中，ag是asyncGenerator函数返回的异步遍历器对象。调用ag.next()以后，上面代码的执行顺序如下。
ag.next()立刻返回一个 Promise 对象。
asyncGenerator函数开始执行，打印出Start。
await命令返回一个 Promise 对象，asyncGenerator函数停在这里。
A 处变成 fulfilled 状态，产生的值放入result变量，asyncGenerator函数继续往下执行。
函数在 B 处的yield暂停执行，一旦yield命令取到值，ag.next()返回的那个 Promise 对象变成 fulfilled 状态。
ag.next()后面的then方法指定的回调函数开始执行。该回调函数的参数是一个对象{value, done}，其中value的值是yield命令后面的那个表达式的值，done的值是false。
A 和 B 两行的作用类似于下面的代码。
return new Promise((resolve, reject) => {
fetchRandom()
.then(result => result.text())
.then(result => {
resolve({
value: 'Result: ' + result,
done: false,
});
});
});
如果异步 Generator 函数抛出错误，会导致 Promise 对象的状态变为reject，然后抛出的错误被catch方法捕获。
async function* asyncGenerator() {
throw new Error('Problem!');
}
asyncGenerator()
.next()
.catch(err => console.log(err)); // Error: Problem!
注意，普通的 async 函数返回的是一个 Promise 对象，而异步 Generator 函数返回的是一个异步 Iterator 对象。可以这样理解，async 函数和异步 Generator 函数，是封装异步操作的两种方法，都用来达到同一种目的。区别在于，前者自带执行器，后者通过for await...of执行，或者自己编写执行器。下面就是一个异步 Generator 函数的执行器。
async function takeAsync(asyncIterable, count = Infinity) {
const result = [];
const iterator = asyncIterable[Symbol.asyncIterator]();
while (result.length < count) {
const {value, done} = await iterator.next();
if (done) break;
result.push(value);
}
return result;
}
上面代码中，异步 Generator 函数产生的异步遍历器，会通过while循环自动执行，每当await iterator.next()完成，就会进入下一轮循环。一旦done属性变为true，就会跳出循环，异步遍历器执行结束。
下面是这个自动执行器的一个使用实例。
async function f() {
async function* gen() {
yield 'a';
yield 'b';
yield 'c';
}
return await takeAsync(gen());
}
f().then(function (result) {
console.log(result); // ['a', 'b', 'c']
})
异步 Generator 函数出现以后，JavaScript 就有了四种函数形式：普通函数、async 函数、Generator 函数和异步 Generator 函数。请注意区分每种函数的不同之处。基本上，如果是一系列按照顺序执行的异步操作（比如读取文件，然后写入新内容，再存入硬盘），可以使用 async 函数；如果是一系列产生相同数据结构的异步操作（比如一行一行读取文件），可以使用异步 Generator 函数。
异步 Generator 函数也可以通过next方法的参数，接收外部传入的数据。
const writer = openFile('someFile.txt');
writer.next('hello'); // 立即执行
writer.next('world'); // 立即执行
await writer.return(); // 等待写入结束
上面代码中，openFile是一个异步 Generator 函数。next方法的参数，向该函数内部的操作传入数据。每次next方法都是同步执行的，最后的await命令用于等待整个写入操作结束。
最后，同步的数据结构，也可以使用异步 Generator 函数。
async function* createAsyncIterable(syncIterable) {
for (const elem of syncIterable) {
yield elem;
}
}
上面代码中，由于没有异步操作，所以也就没有使用await关键字。
yield* 语句
yield*语句也可以跟一个异步遍历器。
async function* gen1() {
yield 'a';
yield 'b';
return 2;
}
async function* gen2() {
// result 最终会等于 2
const result = yield* gen1();
}
上面代码中，gen2函数里面的result变量，最后的值是2。
与同步 Generator 函数一样，for await...of循环会展开yield*。
(async function () {
for await (const x of gen2()) {
console.log(x);
}
})();
// a
// b
本文完~
推荐阅读
ECMAScript 6 入门教程—Generator 函数的异步应用
ECMAScript 6 入门教程—Iterator 和 for...of 循环
