【JS】548- Promise/async/Generator实现原理解析

笔者刚接触

async/await

时，就被其暂停执行的特性吸引了，心想在没有原生API支持的情况下，await居然能挂起当前方法，实现暂停执行，我感到十分好奇。好奇心驱使我一层一层剥开有关JS异步编程的一切。阅读完本文，读者应该能够了解：

Promise 的实现原理
async/await 的实现原理
Generator 的实现原理

Promise实现

在成文过程中，笔者查阅了很多讲解Promise实现的文章，但感觉大多文章都很难称得上条理清晰，有的上来就放大段Promise规范翻译，有的在Promise基础使用上浪费篇幅，又或者把一个简单的东西长篇大论，过度讲解，我推荐头铁的同学直接拉到本章小结看最终实现，结合着注释直接啃代码也能理解十之八九

回归正题，文章开头我们先点一下Promise为我们解决了什么问题：在传统的异步编程中，如果异步之间存在依赖关系，我们就需要通过层层嵌套回调来满足这种依赖，如果嵌套层数过多，可读性和可维护性都变得很差，产生所谓“回调地狱”，而Promise将回调嵌套改为链式调用，增加可读性和可维护性。下面我们就来一步步实现一个Promise：

1. 观察者模式

我们先来看一个最简单的Promise使用：

const p1 = new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() {
        resolve('result')
    },
1000);
})

p1.then(res console.log(res), err => console.log(err))

观察这个例子，我们分析Promise的调用流程：

Promise 的构造方法接收一个 executor() ，在 new Promise() 时就立刻执行这个executor回调
executor() 内部的异步任务被放入宏/微任务队列，等待执行
then() 被执行，收集成功/失败回调，放入成功/失败队列
executor() 的异步任务被执行，触发 resolve/reject ，从成功/失败队列中取出回调依次执行

其实熟悉设计模式的同学，很容易就能意识到这是个「观察者模式」，这种

收集依赖 -> 触发通知 -> 取出依赖执行

的方式，被广泛运用于观察者模式的实现，在Promise里，执行顺序是

then收集依赖 -> 异步触发resolve -> resolve执行依赖

。依此，我们可以勾勒出Promise的大致形状：

class MyPromise {
// 构造方法接收一个回调
constructor(executor) {
this._resolveQueue = []    // then收集的执行成功的回调队列
this._rejectQueue = []     // then收集的执行失败的回调队列

// 由于resolve/reject是在executor内部被调用, 因此需要使用箭头函数固定this指向, 否则找不到this._resolveQueue
let _resolve = (val) => {
// 从成功队列里取出回调依次执行
while(this._resolveQueue.length) {
const callback = this._resolveQueue.shift()
        callback(val)
      }
    }
// 实现同resolve
let _reject = (val) => {
while(this._rejectQueue.length) {
const callback = this._rejectQueue.shift()
        callback(val)
      }
    }
// new Promise()时立即执行executor,并传入resolve和reject
    executor(_resolve, _reject)
  }

// then方法,接收一个成功的回调和一个失败的回调，并push进对应队列
  then(resolveFn, rejectFn) {
this._resolveQueue.push(resolveFn)
this._rejectQueue.push(rejectFn)
  }
}

写完代码我们可以测试一下:

const p1 = new MyPromise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() {
    resolve('result')
  }, 1000);
})
p1.then(res console.log(res))
//一秒后输出result

我们运用观察者模式简单的实现了一下

then

和

resolve

，使我们能够在then方法的回调里取得异步操作的返回值，但我们这个Promise离最终实现还有很长的距离，下面我们来一步步补充这个Promise：

2. Promise A+规范

上面我们已经简单地实现了一个超低配版Promise，但我们会看到很多文章和我们写的不一样，他们的Promise实现中还引入了各种状态控制，这是由于ES6的Promise实现需要遵循Promise/A+规范，是规范对Promise的状态控制做了要求。Promise/A+的规范比较长，这里只总结两条核心规则：

❝

Promise本质是一个状态机，且状态只能为以下三种： Pending（等待态） 、 Fulfilled（执行态） 、 Rejected（拒绝态） ，状态的变更是单向的，只能从Pending -> Fulfilled 或 Pending -> Rejected，状态变更不可逆

then方法 接收两个可选参数，分别对应状态改变时触发的回调。then方法返回一个promise。then 方法可以被同一个 promise 调用多次。

❞

根据规范，我们补充一下Promise的代码：

//Promise/A+规范的三种状态
const PENDING = 'pending'
const FULFILLED = 'fulfilled'
const REJECTED = 'rejected'

class MyPromise {
// 构造方法接收一个回调
constructor(executor) {
this._status = PENDING     // Promise状态
this._resolveQueue = []    // 成功队列, resolve时触发
this._rejectQueue = []     // 失败队列, reject时触发

// 由于resolve/reject是在executor内部被调用, 因此需要使用箭头函数固定this指向, 否则找不到this._resolveQueue
let _resolve = (val) => {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = FULFILLED              // 变更状态

// 这里之所以使用一个队列来储存回调,是为了实现规范要求的 "then 方法可以被同一个 promise 调用多次"
// 如果使用一个变量而非队列来储存回调,那么即使多次p1.then()也只会执行一次回调
while(this._resolveQueue.length) {
const callback = this._resolveQueue.shift()
        callback(val)
      }
    }
// 实现同resolve
let _reject = (val) => {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = REJECTED               // 变更状态
while(this._rejectQueue.length) {
const callback = this._rejectQueue.shift()
        callback(val)
      }
    }
// new Promise()时立即执行executor,并传入resolve和reject
    executor(_resolve, _reject)
  }

// then方法,接收一个成功的回调和一个失败的回调
  then(resolveFn, rejectFn) {
this._resolveQueue.push(resolveFn)
this._rejectQueue.push(rejectFn)
  }
}

3. then的链式调用

补充完规范，我们接着来实现链式调用，这是Promise实现的重点和难点，我们先来看一下then是如何链式调用的：

const p1 = new Promise((resolve, reject) => {
  resolve(1)
})

p1
  .then(res {
console.log(res)
//then回调中可以return一个Promise
return new Promise((resolve, reject) => {
      setTimeout(() {
        resolve(2)
      }, 1000);
    })
  })
  .then(res {
console.log(res)
//then回调中也可以return一个值
return 3
  })
  .then(res {
console.log(res)
  })

输出

1
2
3

我们思考一下如何实现这种链式调用：

显然 .then() 需要返回一个Promise，这样才能找到then方法，所以我们会把then方法的返回值包装成Promise。
.then() 的回调需要顺序执行，以上面这段代码为例，虽然中间return了一个Promise，但执行顺序仍要保证是1->2->3。我们要等待当前Promise状态变更后，再执行下一个then收集的回调，这就要求我们对then的返回值分类讨论

// then方法
then(resolveFn, rejectFn) {
//return一个新的promise
return new Promise((resolve, reject) => {
//把resolveFn重新包装一下,再push进resolve执行队列,这是为了能够获取回调的返回值进行分类讨论
const fulfilledFn = value {
try {
//执行第一个(当前的)Promise的成功回调,并获取返回值
let x = resolveFn(value)
//分类讨论返回值,如果是Promise,那么等待Promise状态变更,否则直接resolve
        x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
      } catch (error) {
        reject(error)
      }
    }
//把后续then收集的依赖都push进当前Promise的成功回调队列中(_rejectQueue), 这是为了保证顺序调用
this._resolveQueue.push(fulfilledFn)

//reject同理
const rejectedFn  = error {
try {
let x = rejectFn(error)
        x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
      } catch (error) {
        reject(error)
      }
    }
this._rejectQueue.push(rejectedFn)
  })
}

然后我们就能测试一下链式调用：

const p1 = new MyPromise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() {
    resolve(1)
  }, 500);
})

p1
  .then(res {
console.log(res)
return 2
  })
  .then(res {
console.log(res)
return 3
  })
  .then(res {
console.log(res)
  })

//输出 1 2 3

4.值穿透 & 状态已变更的情况

我们已经初步完成了链式调用，但是对于 then() 方法，我们还要两个细节需要处理一下

「值穿透」：根据规范，如果 then() 接收的参数不是function，那么我们应该忽略它。如果没有忽略，当then()回调不为function时将会抛出异常，导致链式调用中断
「处理状态为resolve/reject的情况」：其实我们上边 then() 的写法是对应状态为 padding 的情况，但是有些时候，resolve/reject 在 then() 之前就被执行（比如 Promise.resolve().then() ），如果这个时候还把then()回调push进resolve/reject的执行队列里，那么回调将不会被执行，因此对于状态已经变为 fulfilled 或 rejected 的情况，我们直接执行then回调：

// then方法,接收一个成功的回调和一个失败的回调
  then(resolveFn, rejectFn) {
// 根据规范，如果then的参数不是function，则我们需要忽略它, 让链式调用继续往下执行
typeof resolveFn !== 'function' ? resolveFn = value value : null
typeof rejectFn !== 'function' ? rejectFn = error error : null

// return一个新的promise
return new Promise((resolve, reject) => {
// 把resolveFn重新包装一下,再push进resolve执行队列,这是为了能够获取回调的返回值进行分类讨论
const fulfilledFn = value {
try {
// 执行第一个(当前的)Promise的成功回调,并获取返回值
let x = resolveFn(value)
// 分类讨论返回值,如果是Promise,那么等待Promise状态变更,否则直接resolve
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

// reject同理
const rejectedFn  = error {
try {
let x = rejectFn(error)
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

switch (this._status) {
// 当状态为pending时,把then回调push进resolve/reject执行队列,等待执行
case PENDING:
this._resolveQueue.push(fulfilledFn)
this._rejectQueue.push(rejectedFn)
break;
// 当状态已经变为resolve/reject时,直接执行then回调
case FULFILLED:
          fulfilledFn(this._value)    // this._value是上一个then回调return的值(见完整版代码)
break;
case REJECTED:
          rejectedFn(this._value)
break;
      }
    })
  }

5.兼容同步任务

完成了then的链式调用以后，我们再处理一个前边的细节，然后放出完整代码。上文我们说过，Promise的执行顺序是

new Promise -> then()收集回调 -> resolve/reject执行回调

，这一顺序是建立在「executor是异步任务」的前提上的，如果executor是一个同步任务，那么顺序就会变成

new Promise -> resolve/reject执行回调 -> then()收集回调

，resolve的执行跑到then之前去了，为了兼容这种情况，我们给

resolve/reject

执行回调的操作包一个setTimeout，让它异步执行。

❝

这里插一句，有关这个setTimeout，其实还有一番学问。虽然规范没有要求回调应该被放进宏任务队列还是微任务队列，但其实Promise的默认实现是放进了微任务队列，我们的实现（包括大多数Promise手动实现和polyfill的转化）都是使用setTimeout放入了宏任务队列（当然我们也可以用MutationObserver模拟微任务）

❞

//Promise/A+规定的三种状态
const PENDING = 'pending'
const FULFILLED = 'fulfilled'
const REJECTED = 'rejected'

class MyPromise {
// 构造方法接收一个回调
constructor(executor) {
this._status = PENDING     // Promise状态
this._value = undefined    // 储存then回调return的值
this._resolveQueue = []    // 成功队列, resolve时触发
this._rejectQueue = []     // 失败队列, reject时触发

// 由于resolve/reject是在executor内部被调用, 因此需要使用箭头函数固定this指向, 否则找不到this._resolveQueue
let _resolve = (val) => {
//把resolve执行回调的操作封装成一个函数,放进setTimeout里,以兼容executor是同步代码的情况
const run = () {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = FULFILLED              // 变更状态
this._value = val                     // 储存当前value

// 这里之所以使用一个队列来储存回调,是为了实现规范要求的 "then 方法可以被同一个 promise 调用多次"
// 如果使用一个变量而非队列来储存回调,那么即使多次p1.then()也只会执行一次回调
while(this._resolveQueue.length) {
const callback = this._resolveQueue.shift()
          callback(val)
        }
      }
      setTimeout(run)
    }
// 实现同resolve
let _reject = (val) => {
const run = () {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = REJECTED               // 变更状态
this._value = val                     // 储存当前value
while(this._rejectQueue.length) {
const callback = this._rejectQueue.shift()
          callback(val)
        }
      }
      setTimeout(run)
    }
// new Promise()时立即执行executor,并传入resolve和reject
    executor(_resolve, _reject)
  }

// then方法,接收一个成功的回调和一个失败的回调
  then(resolveFn, rejectFn) {
// 根据规范，如果then的参数不是function，则我们需要忽略它, 让链式调用继续往下执行
typeof resolveFn !== 'function' ? resolveFn = value value : null
typeof rejectFn !== 'function' ? rejectFn = error error : null

// return一个新的promise
return new Promise((resolve, reject) => {
// 把resolveFn重新包装一下,再push进resolve执行队列,这是为了能够获取回调的返回值进行分类讨论
const fulfilledFn = value {
try {
// 执行第一个(当前的)Promise的成功回调,并获取返回值
let x = resolveFn(value)
// 分类讨论返回值,如果是Promise,那么等待Promise状态变更,否则直接resolve
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

// reject同理
const rejectedFn  = error {
try {
let x = rejectFn(error)
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

switch (this._status) {
// 当状态为pending时,把then回调push进resolve/reject执行队列,等待执行
case PENDING:
this._resolveQueue.push(fulfilledFn)
this._rejectQueue.push(rejectedFn)
break;
// 当状态已经变为resolve/reject时,直接执行then回调
case FULFILLED:
          fulfilledFn(this._value)    // this._value是上一个then回调return的值(见完整版代码)
break;
case REJECTED:
          rejectedFn(this._value)
break;
      }
    })
  }
}

然后我们可以测试一下这个Promise：

const p1 = new MyPromise((resolve, reject) => {
  resolve(1)          //同步executor测试
})

p1
  .then(res {
console.log(res)
return 2          //链式调用测试
  })
  .then()             //值穿透测试
  .then(res {
console.log(res)
return new MyPromise((resolve, reject) => {
      resolve(3)      //返回Promise测试
    })
  })
  .then(res {
console.log(res)
throw new Error('reject测试')   //reject测试
  })
  .then(() {}, err => {
console.log(err)
  })

// 输出
// 1
// 2
// 3
// Error: reject测试

到这里，我们已经实现了Promise的主要功能

(｀∀´)Ψ

剩下的几个方法都非常简单，我们顺手收拾掉：

Promise.prototype.catch()

❝

catch()方法
返回一个Promise，并且处理拒绝的情况。它的行为与调用Promise.prototype.then(undefined, onRejected) 相同。

❞

//catch方法其实就是执行一下then的第二个回调
catch(rejectFn) {
return this.then(undefined, rejectFn)
}

Promise.prototype.finally()

❝

finally()方法
返回一个Promise。在promise结束时，无论结果是fulfilled或者是rejected，都会执行指定的回调函数。在finally之后，还可以继续then。并且会将值原封不动的传递给后面的then

❞

//finally方法
finally(callback) {
return this.then(
value MyPromise.resolve(callback()).then(() value),             // MyPromise.resolve执行回调,并在then中return结果传递给后面的Promise
    reason => MyPromise.resolve(callback()).then(() { throw reason })  // reject同理
  )
}

Promise.resolve()

❝

Promise.resolve(value)
方法返回一个以给定值解析后的Promise 对象。如果该值为promise，返回这个promise；如果这个值是thenable（即带有"then" 方法)），返回的promise会“跟随”这个thenable的对象，采用它的最终状态；否则返回的promise将以此值完成。此函数将类promise对象的多层嵌套展平。

❞

//静态的resolve方法
static resolve(value) {
if(value instanceof MyPromise) return value // 根据规范, 如果参数是Promise实例, 直接return这个实例
return new MyPromise(resolve resolve(value))
}

Promise.reject()

❝

Promise.reject()
方法返回一个带有拒绝原因的Promise对象。

❞

//静态的reject方法
static reject(reason) {
return new MyPromise((resolve, reject) => reject(reason))
}

Promise.all()

❝

Promise.all(iterable)
方法返回一个 Promise 实例，此实例在 iterable 参数内所有的 promise 都“完成（resolved）”或参数中不包含 promise 时回调完成（resolve）；如果参数中 promise 有一个失败（rejected），此实例回调失败（reject），失败原因的是第一个失败 promise 的结果。

❞

//静态的all方法
static all(promiseArr) {
let index = 0
let result = []
return new MyPromise((resolve, reject) => {
    promiseArr.forEach((p, i) => {
//Promise.resolve(p)用于处理传入值不为Promise的情况
      MyPromise.resolve(p).then(
val {
          index++
          result[i] = val
//所有then执行后, resolve结果
if(index === promiseArr.length) {
            resolve(result)
          }
        },
        err => {
//有一个Promise被reject时，MyPromise的状态变为reject
          reject(err)
        }
      )
    })
  })
}

Promise.race()

❝

Promise.race(iterable)
方法返回一个 promise，一旦迭代器中的某个promise解决或拒绝，返回的 promise就会解决或拒绝。

❞

static race(promiseArr) {
return new MyPromise((resolve, reject) => {
//同时执行Promise,如果有一个Promise的状态发生改变,就变更新MyPromise的状态
for (let p of promiseArr) {
Promise.resolve(p).then(  //Promise.resolve(p)用于处理传入值不为Promise的情况
value {
          resolve(value)        //注意这个resolve是上边new MyPromise的
        },
        err => {
          reject(err)
        }
      )
    }
  })
}

完整代码

//Promise/A+规定的三种状态
const PENDING = 'pending'
const FULFILLED = 'fulfilled'
const REJECTED = 'rejected'

class MyPromise {
// 构造方法接收一个回调
constructor(executor) {
this._status = PENDING     // Promise状态
this._value = undefined    // 储存then回调return的值
this._resolveQueue = []    // 成功队列, resolve时触发
this._rejectQueue = []     // 失败队列, reject时触发

// 由于resolve/reject是在executor内部被调用, 因此需要使用箭头函数固定this指向, 否则找不到this._resolveQueue
let _resolve = (val) => {
//把resolve执行回调的操作封装成一个函数,放进setTimeout里,以兼容executor是同步代码的情况
const run = () {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = FULFILLED              // 变更状态
this._value = val                     // 储存当前value

// 这里之所以使用一个队列来储存回调,是为了实现规范要求的 "then 方法可以被同一个 promise 调用多次"
// 如果使用一个变量而非队列来储存回调,那么即使多次p1.then()也只会执行一次回调
while(this._resolveQueue.length) {
const callback = this._resolveQueue.shift()
          callback(val)
        }
      }
      setTimeout(run)
    }
// 实现同resolve
let _reject = (val) => {
const run = () {
if(this._status !== PENDING) return   // 对应规范中的"状态只能由pending到fulfilled或rejected"
this._status = REJECTED               // 变更状态
this._value = val                     // 储存当前value
while(this._rejectQueue.length) {
const callback = this._rejectQueue.shift()
          callback(val)
        }
      }
      setTimeout(run)
    }
// new Promise()时立即执行executor,并传入resolve和reject
    executor(_resolve, _reject)
  }

// then方法,接收一个成功的回调和一个失败的回调
  then(resolveFn, rejectFn) {
// 根据规范，如果then的参数不是function，则我们需要忽略它, 让链式调用继续往下执行
typeof resolveFn !== 'function' ? resolveFn = value value : null
typeof rejectFn !== 'function' ? rejectFn = error error : null

// return一个新的promise
return new Promise((resolve, reject) => {
// 把resolveFn重新包装一下,再push进resolve执行队列,这是为了能够获取回调的返回值进行分类讨论
const fulfilledFn = value {
try {
// 执行第一个(当前的)Promise的成功回调,并获取返回值
let x = resolveFn(value)
// 分类讨论返回值,如果是Promise,那么等待Promise状态变更,否则直接resolve
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

// reject同理
const rejectedFn  = error {
try {
let x = rejectFn(error)
          x instanceof Promise ? x.then(resolve, reject) : resolve(x)
        } catch (error) {
          reject(error)
        }
      }

switch (this._status) {
// 当状态为pending时,把then回调push进resolve/reject执行队列,等待执行
case PENDING:
this._resolveQueue.push(fulfilledFn)
this._rejectQueue.push(rejectedFn)
break;
// 当状态已经变为resolve/reject时,直接执行then回调
case FULFILLED:
          fulfilledFn(this._value)    // this._value是上一个then回调return的值(见完整版代码)
break;
case REJECTED:
          rejectedFn(this._value)
break;
      }
    })
  }

//catch方法其实就是执行一下then的第二个回调
catch(rejectFn) {
return this.then(undefined, rejectFn)
  }

//finally方法
finally(callback) {
return this.then(
value MyPromise.resolve(callback()).then(() value),             //执行回调,并returnvalue传递给后面的then
      reason => MyPromise.resolve(callback()).then(() { throw reason })  //reject同理
    )
  }

//静态的resolve方法
static resolve(value) {
if(value instanceof MyPromise) return value //根据规范, 如果参数是Promise实例, 直接return这个实例
return new MyPromise(resolve resolve(value))
  }

//静态的reject方法
static reject(reason) {
return new MyPromise((resolve, reject) => reject(reason))
  }

//静态的all方法
static all(promiseArr) {
let index = 0
let result = []
return new MyPromise((resolve, reject) => {
      promiseArr.forEach((p, i) => {
//Promise.resolve(p)用于处理传入值不为Promise的情况
        MyPromise.resolve(p).then(
val {
            index++
            result[i] = val
if(index === promiseArr.length) {
              resolve(result)
            }
          },
          err => {
            reject(err)
          }
        )
      })
    })
  }

//静态的race方法
static race(promiseArr) {
return new MyPromise((resolve, reject) => {
//同时执行Promise,如果有一个Promise的状态发生改变,就变更新MyPromise的状态
for (let p of promiseArr) {
Promise.resolve(p).then(  //Promise.resolve(p)用于处理传入值不为Promise的情况
value {
            resolve(value)        //注意这个resolve是上边new MyPromise的
          },
          err => {
            reject(err)
          }
        )
      }
    })
  }
}

洋洋洒洒150多行的代码，到这里，我们终于可以给Promise的实现做一个结尾了。我们从一个最简单的Promise使用实例开始，通过对调用流程的分析，根据观察者模式实现了Promise的大致骨架，然后依据Promise/A+规范填充代码，重点实现了then 的链式调用，最后完成了Promise的静态/实例方法。其实Promise实现在整体上并没有太复杂的思想，但我们日常使用的时候往往忽略了很多Promise细节，因而很难写出一个符合规范的Promise实现，源码的实现过程，其实也是对Promise使用细节重新学习的过程。

async/await实现

虽然前边花了这么多篇幅讲Promise的实现，不过探索

async/await

暂停执行的机制才是我们的初衷，下面我们就来进入这一块的内容。同样地，开头我们点一下async/await的使用意义。在多个回调依赖的场景中，尽管Promise通过链式调用取代了回调嵌套，但过多的链式调用可读性仍然不佳，流程控制也不方便，ES7 提出的async 函数，终于让 JS 对于异步操作有了终极解决方案，简洁优美地解决了以上两个问题。

设想一个这样的场景，异步任务a->b->c之间存在依赖关系，如果我们通过then链式调用来处理这些关系，可读性并不是很好，如果我们想控制其中某个过程，比如在某些条件下，b不往下执行到c，那么也不是很方便控制

Promise.resolve(a)
  .then(b {
// do something
  })
  .then(c {
// do something
  })

但是如果通过async/await来实现这个场景，可读性和流程控制都会方便不少。

async () => {
const a = await Promise.resolve(a);
const b = await Promise.resolve(b);
const c = await Promise.resolve(c);
}

那么我们要如何实现一个async/await呢，首先我们要知道，「async/await实际上是对Generator（生成器）的封装」，是一个语法糖。由于Generator出现不久就被async/await取代了，很多同学对Generator比较陌生，因此我们先来看看Generator的用法：

❝

ES6 新引入了 Generator 函数，可以通过 yield 关键字，把函数的执行流挂起，通过next()方法可以切换到下一个状态，为改变执行流程提供了可能，从而为异步编程提供解决方案。

❞

function* myGenerator() {
yield '1'
yield '2'
return '3'
}

const gen = myGenerator();  // 获取迭代器
gen.next()  //{value: "1", done: false}
gen.next()  //{value: "2", done: false}
gen.next()  //{value: "3", done: true}

也可以通过给

next()

传参, 让yield具有返回值

function* myGenerator() {
console.log(yield '1')  //test1
console.log(yield '2')  //test2
console.log(yield '3')  //test3
}

// 获取迭代器
const gen = myGenerator();

gen.next()
gen.next('test1')
gen.next('test2')
gen.next('test3')

我们看到Generator的用法，应该️会感到很熟悉，

*/yield

和

async/await

看起来其实已经很相似了，它们都提供了暂停执行的功能，但二者又有三点不同：

async/await 自带执行器，不需要手动调用next()就能自动执行下一步
async 函数返回值是Promise对象，而Generator返回的是生成器对象
await 能够返回Promise的resolve/reject的值

我们对async/await的实现，其实也就是对应以上三点封装Generator

1.自动执行

我们先来看一下，对于这样一个Generator，手动执行是怎样一个流程

function* myGenerator() {
yield Promise.resolve(1);
yield Promise.resolve(2);
yield Promise.resolve(3);
}

const gen = myGenerator()
gen.next().value.then(val {
console.log(val)
  gen.next().value.then(val {
console.log(val)
    gen.next().value.then(val {
console.log(val)
    })
  })
})

//输出1 2 3

我们也可以通过给

gen.next()

传值的方式，让yield能返回resolve的值

function* myGenerator() {
console.log(yield Promise.resolve(1))   //1
console.log(yield Promise.resolve(2))   //2
console.log(yield Promise.resolve(3))   //3
}

const gen = myGenerator()
gen.next().value.then(val {
// console.log(val)
  gen.next(val).value.then(val {
// console.log(val)
    gen.next(val).value.then(val {
// console.log(val)
      gen.next(val)
    })
  })
})

显然，手动执行的写法看起来既笨拙又丑陋，我们希望生成器函数能自动往下执行，且yield能返回resolve的值，基于这两个需求，我们进行一个基本的封装，这里

async/await

是关键字，不能重写，我们用函数来模拟：

function run(gen) {
var g = gen()                     //由于每次gen()获取到的都是最新的迭代器,因此获取迭代器操作要放在step()之前,否则会进入死循环

function step(val) {              //封装一个方法, 递归执行next()
var res = g.next(val)           //获取迭代器对象，并返回resolve的值
if(res.done) return res.value   //递归终止条件
    res.value.then(val {         //Promise的then方法是实现自动迭代的前提
      step(val)                     //等待Promise完成就自动执行下一个next，并传入resolve的值
    })
  }
  step()  //第一次执行
}

对于我们之前的例子，我们就能这样执行：

function* myGenerator() {
console.log(yield Promise.resolve(1))   //1
console.log(yield Promise.resolve(2))   //2
console.log(yield Promise.resolve(3))   //3
}

run(myGenerator)

这样我们就初步实现了一个

async/await

上边的代码只有五六行，但并不是一下就能看明白的，我们之前用了四个例子来做铺垫，也是为了让读者更好地理解这段代码。简单的说，我们封装了一个run方法，run方法里我们把执行下一步的操作封装成step()，每次Promise.then()的时候都去执行step()，实现自动迭代的效果。在迭代的过程中，我们还把resolve的值传入

gen.next()

，使得yield得以返回Promise的resolve的值

❝

这里插一句，是不是只有
.then方法 这样的形式才能完成我们自动执行的功能呢？答案是否定的，yield后边除了接Promise，还可以接 thunk函数
，thunk函数不是一个新东西，所谓thunk函数，就是「单参的只接受回调的函数」，详细介绍可以看阮一峰Thunk 函数的含义和用法，无论是Promise还是thunk函数，其核心都是通过「传入回调」的方式来实现Generator的自动执行。thunk函数只作为一个拓展知识，理解有困难的同学也可以跳过这里，并不影响后续理解。

❞

2.返回Promise & 异常处理

虽然我们实现了Generator的自动执行以及让yield返回resolve的值，但上边的代码还存在着几点问题：

「需要兼容基本类型」：这段代码能自动执行的前提是 yield 后面跟Promise，为了兼容后面跟着基本类型值的情况，我们需要把yield跟的内容( gen().next.value )都用 Promise.resolve() 转化一遍
「缺少错误处理」：上边代码里的Promise如果执行失败，就会导致后续执行直接中断，我们需要通过调用 Generator.prototype.throw() ，把错误抛出来，才能被外层的try-catch捕获到
「返回值是Promise」： async/await 的返回值是一个Promise，我们这里也需要保持一致，给返回值包一个Promise

我们改造一下run方法：

function run(gen) {
//把返回值包装成promise
return new Promise((resolve, reject) => {
var g = gen()

function step(val) {
//错误处理
try {
var res = g.next(val)
      } catch(err) {
return reject(err);
      }
if(res.done) {
return resolve(res.value);
      }
//res.value包装为promise，以兼容yield后面跟基本类型的情况
Promise.resolve(res.value).then(
val {
          step(val);
        },
        err => {
//抛出错误
          g.throw(err)
        });
    }
    step();
  });
}

然后我们可以测试一下：

function* myGenerator() {
try {
console.log(yield Promise.resolve(1))
console.log(yield 2)   //2
console.log(yield Promise.reject('error'))
  } catch (error) {
console.log(error)
  }
}

const result = run(myGenerator)     //result是一个Promise
//输出 1 2 error

到这里，一个

async/await

的实现基本完成了。最后我们可以看一下babel对async/await的转换结果，其实整体的思路是一样的，但是写法稍有不同：

//相当于我们的run()
function _asyncToGenerator(fn) {
return function() {
var self = this
var args = arguments
return new Promise(function(resolve, reject) {
var gen = fn.apply(self, args);

//相当于我们的step()
function _next(value) {
        asyncGeneratorStep(gen, resolve, reject, _next, _throw, 'next', value);
      }
//处理异常
function _throw(err) {
        asyncGeneratorStep(gen, resolve, reject, _next, _throw, 'throw', err);
      }
      _next(undefined);
    });
  };
}

function asyncGeneratorStep(gen, resolve, reject, _next, _throw, key, arg) {
try {
var info = gen[key](arg);
var value = info.value;
  } catch (error) {
    reject(error);
return;
  }
if (info.done) {
    resolve(value);
  } else {
Promise.resolve(value).then(_next, _throw);
  }
}

使用方式：

const foo = _asyncToGenerator(function* () {
try {
console.log(yield Promise.resolve(1))   //1
console.log(yield 2)                    //2
return '3'
  } catch (error) {
console.log(error)
  }
})

foo().then(res {
console.log(res)                          //3
})

有关

async/await

的实现，到这里告一段落。但是直到结尾，我们也不知道await到底是如何暂停执行的，有关await暂停执行的秘密，我们还要到Generator的实现中去寻找答案

Generator实现

我们从一个简单的例子开始，一步步探究Generator的实现原理：

function* foo() {
yield 'result1'
yield 'result2'
yield 'result3'
}

const gen = foo()
console.log(gen.next().value)
console.log(gen.next().value)
console.log(gen.next().value)

我们可以在babel官网上在线转化这段代码，看看ES5环境下是如何实现Generator的：

"use strict";

var _marked =
/*#__PURE__*/
regeneratorRuntime.mark(foo);

function foo() {
return regeneratorRuntime.wrap(function foo$(_context) {
while (1) {
switch (_context.prev = _context.next) {
case 0:
          _context.next = 2;
return 'result1';

case 2:
          _context.next = 4;
return 'result2';

case 4:
          _context.next = 6;
return 'result3';

case 6:
case "end":
return _context.stop();
      }
    }
  }, _marked);
}

var gen = foo();
console.log(gen.next().value);
console.log(gen.next().value);
console.log(gen.next().value);

代码咋一看不长，但如果仔细观察会发现有两个不认识的东西 ——

regeneratorRuntime.mark

和

regeneratorRuntime.wrap

，这两者其实是 regenerator-runtime 模块里的两个方法，regenerator-runtime 模块来自facebook的 regenerator 模块，完整代码在runtime.js，这个runtime有700多行...-_-||，因此我们不能全讲，不太重要的部分我们就简单地过一下，重点讲解暂停执行相关部分代码

❝

个人觉得啃源码的效果不是很好，建议读者拉到末尾先看结论和简略版实现，源码作为一个补充理解

❞

regeneratorRuntime.mark()

regeneratorRuntime.mark(foo)

这个方法在第一行被调用，我们先看一下runtime里mark()方法的定义

//runtime.js里的定义稍有不同，多了一些判断，以下是编译后的代码
runtime.mark = function(genFun) {
  genFun.__proto__ = GeneratorFunctionPrototype;
  genFun.prototype = Object.create(Gp);
return genFun;
};

这里边

GeneratorFunctionPrototype

和

Gp

我们都不认识，他们被定义在runtime里，不过没关系，我们只要知道

mark()方法

为生成器函数（foo）绑定了一系列原型就可以了，这里就简单地过了

regeneratorRuntime.wrap()

从上面babel转化的代码我们能看到，执行

foo()

，其实就是执行

wrap()

，那么这个方法起到什么作用呢，他想包装一个什么东西呢，我们先来看看wrap方法的定义：

//runtime.js里的定义稍有不同，多了一些判断，以下是编译后的代码
function wrap(innerFn, outerFn, self) {
var generator = Object.create(outerFn.prototype);
var context = new Context([]);
  generator._invoke = makeInvokeMethod(innerFn, self, context);

return generator;
}

wrap方法先是创建了一个generator，并继承

outerFn.prototype

；然后new了一个

context对象

；

makeInvokeMethod方法

接收

innerFn(对应foo$)

、

context

和

this

，并把返回值挂到

generator._invoke

上；最后return了generator。「其实wrap()相当于是给generator增加了一个_invoke方法」

这段代码肯定让人产生很多疑问，outerFn.prototype是什么，Context又是什么，makeInvokeMethod又做了哪些操作。下面我们就来一一解答：

❝

outerFn.prototype 其实就是 genFun.prototype
，

❞

这个我们结合一下上面的代码就能知道

❝

context
可以直接理解为这样一个全局对象，用于储存各种状态和上下文：

❞

var ContinueSentinel = {};

var context = {
done: false,
method: "next",
next: 0,
prev: 0,
abrupt: function(type, arg) {
var record = {};
    record.type = type;
    record.arg = arg;

return this.complete(record);
  },
complete: function(record, afterLoc) {
if (record.type === "return") {
this.rval = this.arg = record.arg;
this.method = "return";
this.next = "end";
    }

return ContinueSentinel;
  },
stop: function() {
this.done = true;
return this.rval;
  }
};

❝

makeInvokeMethod 的定义如下，它return了一个 invoke方法 ，invoke用于判断当前状态和执行下一步，其实就是我们调用的 next()

❞

//以下是编译后的代码
function makeInvokeMethod(innerFn, context) {
// 将状态置为start
var state = "start";

return function invoke(method, arg) {
// 已完成
if (state === "completed") {
return { value: undefined, done: true };
    }

    context.method = method;
    context.arg = arg;

// 执行中
while (true) {
      state = "executing";

var record = {
type: "normal",
arg: innerFn.call(self, context)    // 执行下一步,并获取状态(其实就是switch里边return的值)
      };

if (record.type === "normal") {
// 判断是否已经执行完成
        state = context.done ? "completed" : "yield";

// ContinueSentinel其实是一个空对象,record.arg === {}则跳过return进入下一个循环
// 什么时候record.arg会为空对象呢, 答案是没有后续yield语句或已经return的时候,也就是switch返回了空值的情况(跟着上面的switch走一下就知道了)
if (record.arg === ContinueSentinel) {
continue;
        }
// next()的返回值
return {
value: record.arg,
done: context.done
        };
      }
    }
  };
}

❝

为什么
generator._invoke 实际上就是 gen.next
呢，因为在runtime对于next()的定义中，next()其实就return了_invoke方法

❞

// Helper for defining the .next, .throw, and .return methods of the
// Iterator interface in terms of a single ._invoke method.
function defineIteratorMethods(prototype) {
    ["next", "throw", "return"].forEach(function(method) {
      prototype[method] = function(arg) {
return this._invoke(method, arg);
      };
    });
}

defineIteratorMethods(Gp);

低配实现 & 调用流程分析

这么一遍源码下来，估计很多读者还是懵逼的，毕竟源码中纠集了很多概念和封装，一时半会不好完全理解，让我们跳出源码，实现一个简单的Generator，然后再回过头看源码，会得到更清晰的认识

// 生成器函数根据yield语句将代码分割为switch-case块，后续通过切换_context.prev和_context.next来分别执行各个case
function gen$(_context) {
while (1) {
switch (_context.prev = _context.next) {
case 0:
        _context.next = 2;
return 'result1';

case 2:
        _context.next = 4;
return 'result2';

case 4:
        _context.next = 6;
return 'result3';

case 6:
case "end":
return _context.stop();
    }
  }
}

// 低配版context
var context = {
next:0,
prev: 0,
done: false,
stop: function stop () {
this.done = true
  }
}

// 低配版invoke
let gen = function() {
return {
next: function() {
      value = context.done ? undefined: gen$(context)
      done = context.done
return {
        value,
        done
      }
    }
  }
}

// 测试使用
var g = gen()
g.next()  // {value: "result1", done: false}
g.next()  // {value: "result2", done: false}
g.next()  // {value: "result3", done: false}
g.next()  // {value: undefined, done: true}

这段代码并不难理解，我们分析一下调用流程：

我们定义的 function* 生成器函数被转化为以上代码
转化后的代码分为三大块：

gen$(_context) 由yield分割生成器函数代码而来
context对象 用于储存函数执行上下文
invoke()方法 定义next()，用于执行gen$(_context)来跳到下一步
当我们调用 g.next() ，就相当于调用 invoke()方法 ，执行 gen$(_context) ，进入switch语句，switch根据context的标识，执行对应的case块，return对应结果
当生成器函数运行到末尾（没有下一个yield或已经return），switch匹配不到对应代码块，就会return空值，这时 g.next() 返回 {value: undefined, done: true}

从中我们可以看出，「Generator实现的核心在于

上下文的保存

，函数并没有真的被挂起，每一次yield，其实都执行了一遍传入的生成器函数，只是在这个过程中间用了一个context对象储存上下文，使得每次执行生成器函数的时候，都可以从上一个执行结果开始执行，看起来就像函数被挂起了一样」

总结 & 致谢

有关Promise、async/await、Generator的原理就实现到这里了，感谢大家能够跟我一起走完全程，不知不觉，我们花了近9千字来讲述有关异步编程的故事，异步编程的世界环环相扣，一开始，笔者只是出于对await挂起机制的好奇，后来，从一个 "await是如何实现暂停执行" 的小问题，引出了对异步编程的一系列思考和实现原理。三者的实现，其实也是前端异步编程一步步演化推进的过程。

成文过程中得到很多大佬的帮助，这四篇参考文章都是我阅读了很多相关文章后精选的四篇，建议大家结合阅读，大佬们写的比我好很多，另外感谢冴羽大佬在Generator机制上给予的解惑~

❝

前端技匠：各种源码实现，你想要的这里都有

神三元：我如何实现Promise

winty：async/await 原理及执行顺序分析

冴羽：ES6 系列之 Babel 将 Generator 编译成了什么样子

❞

完

【JS】548- Promise/async/Generator实现原理解析

Promise实现

1. 观察者模式

2. Promise A+规范

3. then的链式调用

4.值穿透 & 状态已变更的情况

5.兼容同步任务

Promise.prototype.catch()

Promise.prototype.finally()

Promise.resolve()

Promise.reject()

Promise.all()

Promise.race()

完整代码

async/await实现

1.自动执行

2.返回Promise & 异常处理

Generator实现

regeneratorRuntime.mark()

regeneratorRuntime.wrap()

低配实现 & 调用流程分析

总结 & 致谢

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【JS】548- Promise/async/Generator实现原理解析

​Promise实现​

1. 观察者模式​

2. Promise A+规范​

3. then的链式调用​

4.值穿透 & 状态已变更的情况​

5.兼容同步任务​

Promise.prototype.catch()​

Promise.prototype.finally()​

Promise.resolve()​

Promise.reject()​

Promise.all()​

Promise.race()​

完整代码​

​async/await实现​

1.自动执行​

2.返回Promise & 异常处理​

​Generator实现​

regeneratorRuntime.mark()​

regeneratorRuntime.wrap()​

低配实现 & 调用流程分析​

​总结 & 致谢​

继续阅读

Promise实现

1. 观察者模式

2. Promise A+规范

3. then的链式调用

4.值穿透 & 状态已变更的情况

5.兼容同步任务

Promise.prototype.catch()

Promise.prototype.finally()

Promise.resolve()

Promise.reject()

Promise.all()

Promise.race()

完整代码

async/await实现

1.自动执行

2.返回Promise & 异常处理

Generator实现

regeneratorRuntime.mark()

regeneratorRuntime.wrap()

低配实现 & 调用流程分析

总结 & 致谢