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异步遍历器

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。

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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
// ...

上面代码中,变量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。

这里隐含着一个规定,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valuedone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。

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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。

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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valuedone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。

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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valuedone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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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rejectfor await...of就会报错,要用try...catch捕捉。

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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。

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(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。

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// 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。

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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。

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// 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funcmap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。

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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awaityield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。

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(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。

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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。

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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,agasyncGenerator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。

  1. ag.next()立刻返回一个 Promise 对象。
  2. asyncGenerator函数开始执行,打印出Start
  3. await命令返回一个 Promise 对象,asyncGenerator函数停在这里。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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*

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(async function () {
for await (const x of gen2()) {
console.log(x);
}
})();
// a
// b

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