【前端】从小白视角上手Promise、Async/await和手撕代码

写在前面

对于前端新手而言，Promise是一件比较困扰学习的事情，需要理解的细节比较多。
对于前端面试而言，Promise是面试官最常问的问题，特别是手撕源码。
众所周知，JavaScript语言执行环境是“单线程”。

单线程，就是指一次只能完成一件任务，如果有多个任务就必须排队等候，前面一个任务完成，再执行后面一个任务。这种“单线程”模式执行效率较低，任务耗时长。

为了解决这个问题，就有了异步模式，也叫异步编程。

一、异步编程

所谓”异步”，简单说就是一个任务分成两段，先执行第一段，然后转而执行其他任务，当第一段有了执行结果之后，再回过头执行第二段。

JavaScript采用异步编程原因有两点：

• JavaScript是单线程。
• 为了提高CPU的利用率。

在提高CPU的利用率的同时也提高了开发难度，尤其是在代码的可读性上。

那么异步存在的场景有：

• fs 文件操作

require("fs").readFile("./index.html",(err,data)=>{})
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• 数据库操作
• AJAX

$.get("/user",(data)=>{})
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• 定时器

setTimeout(()=>{},2000)
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二、Promise是什么

Promise理解

(1) 抽象表达

• Promise 是一门新的技术(es6规范)
• Promise是js中进行异步编程的新解决方案

(2) 具体表达

• 从语法上说：Promise是一个构造函数
• 从功能上说：Promise对象是用来封装一个异步操作并可以获取其成功/失败的结果值

为什么要使用Promise

(1) 指定回调函数的方式更加灵活

• promise：启动异步任务=>返回promise对象=>给promise对象绑定回调函数

(2) 支持链式调用方式，可以解决回调地狱问题

• 什么是回调地狱？

回调地狱就是回调函数嵌套使用，外部回调函数异步执行的结果是嵌套的回调执行的条件

• 回调地狱的缺点
  • 不便于阅读
  • 不便于异常处理
  • 解决方法

Promise的状态

1. Promise必须拥有三种状态：pending、rejected、resolved
2. 如果Promise的状态是pending时，它可以变成成功fulfilled或失败rejected
3. 如果promise是成功状态，则它不能转换为任何状态，而且需要一个成功的值，并且这个值不能改变
4. 如果promise是失败状态，则它不能转换成任何状态，而且需要一个失败的原因，并且这个值不能改变

Promise的状态改变

pending未决定的，指的是实例状态内置的属性

(1)pending变为resolved/fullfilled

(2)pending变为rejected

说明：Promise的状态改变只有两种，且一个Promise对象只能改变一次，无论失败还是成功都会得到一个结果输出，成功的结果一般是value，失败的结果一般是reason。

无论状态是成功还是失败，返回的都是promise。

Promise的值

实例对象中的另一个属性 [PromiseResult]保存着异步任务 [成功/失败] 的结果resolve/reject。

Promise的api

手写Promide中的api:

(1)promise构造函数 Promise(executor){}

• executor：执行器(resolve,reject)=>{}
• resolve：内部定义成功时我们需要调用的函数value=>{}
• reject：内部定义失败时我们调用的函数 reason=>{}
  说明：executor会在Promise内部立即同步调用，异步操作在执行器中执行

(2)Promise.prototype.then方法：(onResolved,rejected)=>{}

• onResolved函数：成功的回调函数value=>{}
• rejected函数：失败的回调函数reason=>{}

说明：指定用于得到成功value的成功回调和用于得到失败reason的失败回调，返回一个新的promise对象

(3)Promise.prototype.catch方法：(onRejected)=>{}

前三条是本文章中将要实现的手写代码，当然Promise还有其它的api接口。

(1)Promise.prototype.finally() 方法

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。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。

promise
.then(result => {···})
.catch(error => {···})
.finally(() => {···});
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(2)Promise.all()方法

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]);
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p的状态由p1、p2、p3决定，分成两种情况。

• 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。

• 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。

(3)Promise.race()方法

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]);
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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。

(4)Promise.allSettled()方法

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。

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

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

(5)Promise.any()方法

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。

(6)Promise.reject(reason)方法

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
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(7)Promise.resolve()方法
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。

Promise.resolve('foo')
// 等价于
new Promise(resolve => resolve('foo'))
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改变promsie状态和指定回调函数谁先谁后？

(1)都有可能，正常情况下是先指定回调函数再改变状态，但也可以先改变状态再指定回调函数。

(2)如何改变状态再指定回调？

• 在执行器中直接调用resolve/reject
• 延迟更长时间才进行调用then

(3)什么时候才能得到数据？

• 如果先指定的回调，那当状态发生改变，回调函数就会调用，得到数据
• 如果先改变的状态，那当指定回调时，回调函数就会进行调用，得到数据

示例：

let p = new Promise((resolve,reject)=>{
    resolve("成功了");
    reject("失败了");
});

p.then((value)=>{
    console.log(value);
},(reason)=>{
    console.log(reason);
})
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Promise规范

1. “Promise”是一个具有then方法的对象或函数，其行为符合此规范。也就是说Promise是一个对象或函数
2. “thenable”是一个具有then方法的对象或函数，也就是这个对象必须拥有then方法
3. “value”是任何合法的js值(包括undefined或promise)
4. promise中的异常需要使用throw语句进行抛出
5. promise失败的时候需要给出失败的原因

then方法说明

1. 一个promise必须要有一个then方法，而且可以访问promise最终的结果，成功或者失败的值
2. then方法需要接收两个参数，onfulfilled和onrejected这两个参数是可选参数
3. promise无论then方法是否执行完毕，只要promise状态变了，then中绑定的函数就会执行。

链式调用

Promise最大的优点就是可以进行链式调用,如果一个then方法返回一个普通值，这个值就会传递给下一次的then中，作为成功的结果。

如果返回的是一个promise，则会把promise的执行结果传递下去取决于这个promise的成功或失败。

如果返回的是一个报错，就会执行到下一个then的失败函数中。

三、手写Promise代码

面试经常考的手写Promise代码，可以仔细理解一下。

// 手写Promise
// 首先定义一个构造函数,在创建Promise对象的时候会传递一个函数executor，
// 这个函数会立即被调用，所以我们在Promise内部立即执行这个函数。
function Promise(executor){
    // 用于保存promise的状态
    this.status = "pending";
    this.value;//初始值
    this.reason;//初始原因
    this.onResolvedCallbacks = [];//存放所有成功的回调函数
    this.onRejectedCallbacks = [];//存放所有失败的回调函数
    //定义resolve函数
    const resolve = (value)=>{
        if(this.status === "pending"){
            this.status = "resolved";
            this.value = value;
            this.onResolvedCallbacks.forEach(function(fn){
                fn()
            })
        }
    }
    //定义reject函数
    const reject = (reason)=>{
        if(this.status === "pending"){
            this.status = "rejected";
            this.reason = reason;
            this.onRejectedCallbacks.forEach(function(fn){
                fn()
            })
        }
    }
    executor(resolve,reject);
}

Promise.prototype.then = function(onFulfilled,onRejected){
/*
每次then都会返回一个新的promise

我们需要拿到当前then方法执行成功或失败的结果，
前一个then方法的返回值会传递给下一个then方法，
所以这里我们要关心onFulfilled(self.value)
和 onRejected(self.reason)的返回值，我们这里定义一个x来接收一下。

如果失败抛错需要执行reject方法，这里使用try...catch捕获一下错误。
也就是判断then函数的执行结果和返回的promise的关系。
*/
    return new Promise((resolve,reject)=>{
        //当Promise状态为resolved时
        if(this.status === "resolved"){
            try{
                resolve(onFulfilled(this.value))
            }catch(error){
                reject(error)
            }
        }
        //当Promise状态为rejected时
        if(this.status === "rejected"){
            try {
                resolve(onRejected(this.reason))
            } catch (error) {
                reject(error)
            }
        }
        //当Promise状态为pendding
        if(this.status === "pending"){
            this.onResolvedCallbacks.push(function(){
                try{
                    resolve(onFulfilled(this.value))
                }catch(error){
                    reject(error)
                }
            });
            this.onRejectedCallbacks.push(function(){
                try {
                    resolve(onRejected(this.reason))
                } catch (error) {
                    reject(error)
                }
            });
        }
    })
}
复制代码

升级版Promise:

class Promise{
    /*首先定义一个构造函数,在创建Promise对象的时候会传递一个函数executor，
    这个函数会立即被调用，所以我们在Promise内部立即执行这个函数。*/
    constructor(executor){
        this.executor = executor(this.resolve,this.reject);
       

        this.onResolvedCallbacks = [];//存放所有成功的回调函数
        this.onRejectedCallbakcs = [];//存放所有失败的回调函数
    }
    
     // 用于存储相应的状态
    status = "pending";
    // 初始值
    value;
    // 初始原因
    reason;
    
    // executor在执行的时候会传入两个方法，一个是resolve，
    // 一个reject，所以我们要创建这两个函数，而且需要把这两个函数传递给executor。
    // 当我们成功或者失败的时候，执行onFulfilled和onRejected的函数，
    // 也就是在resolve函数中和reject函数中分别循环执行对应的数组中的函数。
    // 定义成功事件
    resolve(value){
        if(status === "pending"){
            status = "resolved";
            value = value;
            this.onResolvedCallbacks.forEach(fn=>{fn()})
        }
    }
    // 定义失败事件
    reject(){
        if(this.status === "pending"){
            this.status = "rejected";
            this.reason = reason;
            this.onRejectedCallbakcs.forEach(fn=>{fn()});
        }
    }
    // 这个时候当我们异步执行resolve方法时候，then中绑定的函数就会执行，并且绑定多个then的时候，多个方法都会执行。


    // Promise的对象存在一个then方法，这个then方法里面会有两个参数，一个是成功的回调onFulfilled，
    // 另一个是失败的回调onRejected，只要我们调用了resolve就会执行onFulfilled，调用了reject就会执行onRejected。
    // 为了保证this不错乱，我们定义一个self存储this。当我们调用了resolve或reject的时候，需要让状态发生改变.
    // 需要注意的是Promise的状态只可改变一次，所以我们要判断，只有当状态未发生改变时，才去改变状态。
    then(onFulfilled,onRejected){
        // 判断当前状态进行回调
        if(this.status === "resolved"){
            onFulfilled(self.value)
        };
        if(this.status === "rejected"){
            onRejected(self.reason)
        }
        // 当状态还处于pending状态时
        // 因为onFulfilled和onRejected在执行的时候需要传入对应的value值，所我们这里用一个函数包裹起来，将对应的值也传入进去。
        if(this.status === "pending"){
            this.onResolvedCallbacks.push(()=>{onFulfilled(this.value)});
            this.onResolvedCallbacks.push(()=>{onRejected(this.reason)});
        }
    }

}
复制代码

使用自己手写的Promise源码：

let p = new Promise((resolve,reject)=>{
    setTimeout(()=>{
        resolve("成功了")
    },1000)
});

p.then(function(value){
    return 123;
}).then(value=>{
    console.log("收到了成功的消息:",value);
}).catch(error=>{
    console.log(error);
});

p.then(value=>{
    console.log(value);
})
复制代码

四、Async/Await

async用来表示函数是异步的，定义的async函数返回值是一个promise对象，可以使用then方法添加回调函数。

await 可以理解为是 async wait 的简写。await 必须出现在 async 函数内部，不能单独使用。 函数中只要使用await，则当前函数必须使用async修饰。

所以回调函数的终结者就是async/await。

async命令

• async函数返回的是一个promise对象。
• async函数内部return语句返回的值，会成为then方法回调的参数。
• 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。

async function fun(){
    // return "hello wenbo";
    throw new Error("ERROR");
}
fun().then(v => console.log(v),reason=>console.log(reason));//Error: ERROR```
复制代码

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 fun(){
    return await "zhaoshun";
    // 等价于 return "zhaoshun";
}
fun().then(value=>console.log(value));//zhaoshun
复制代码

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);//1012
    }
)()


// js里面没有休眠的语法，但是借助await命令可以让程序停顿的时间
const sleepFun = (interval) => {
    return new Promise(resolve=>{
        setTimeout(resolve,interval);
    })
}

// 用法
const asyncFun = async ()=>{
    for(let i = 1; i <= 5; i++){
        console.log(i);
        await sleepFun(1000);
    }
}
asyncFun();
复制代码

从上面可以看到，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。

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。

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。
• 使用try/catch可以很好处理前面await中断，而后面不执行的情况。

示例：

const fun = async ()=>{
    try {
        await Promise.reject("ERROR");
    } catch (error) {
        

    }
    return await Promise.resolve("success");

}
fun().then(
    value=>console.log(value),reason=>console.log(reason,"error")//
).catch(
    error=>console.log(error)//ERROR
);
复制代码

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。

const fun = async ()=>{
    await Promise.reject("error").catch(e=>console.log(e));
    return await Promise.resolve("success");
}
fun().then(v=>console.log(v));//success
复制代码

错误处理

第一点：如果await后面的异步操作出错，那么等同于async函数后面的promise对象被reject。

const fun = async()=>{
    await new Promise((resolve,reject)=>{
        throw new Error("error")
    })
}
fun().then(v=>console.log(v)).catch(e=>console.log(e));
复制代码

第二点：多个await命令后面的异步操作，如果不存在继发关系，最好让他们同时进行触发。

const [fun1,fun2] = await Promise.all([getFun(),getFoo()]);

const fooPromise = getFoo();
const funPromise = getFun();
const fun1 = await fooPromise();
const fun2 = await funPromise();
复制代码

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);
  });
}
复制代码

第四点：async 函数可以保留运行堆栈。

小结

在这篇文章中我们总结了异步编程和回调函数的解决方案Promise，以及回调终结者aysnc/await。

• Promise有三个状态：pending、rejected、resolved。
• Promise的状态改变，只能改变一次，只有两种改变：pending变为resolved/fullfilled、pending变为rejected。
• Promise最大优点就是可以进行链式调用。
• async用来表示函数是异步的，定义的async函数返回值是一个promise对象。
• 函数中只要使用await，则当前函数必须使用async修饰。
• 回调函数的终结者就是async/await。

参考文章

《异步终结者 async await，了解一下》

《一次性让你懂async/await，解决回调地狱》

《面试精选之Promise》

《BAT前端经典面试问题：史上最最最详细的手写Promise教程》

《Promise实现原理（附源码）》

《JavaScript高级程序设计(第四版)》

《你不知道的JavaScript(中卷)》

阮一峰《ES6 入门教程》

写在最后

我是前端小菜鸡，感谢大家的阅读，我将继续和大家分享更多优秀的文章，此文参考了大量书籍和文章，如果有错误和纰漏，希望能给予指正。