# 异步遍历器

网道（WangDoc.com），互联网文档计划

## 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
    // ...

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`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)) // 0
    it.next().value.then(o => console.log(o)) // 1
    it.next().value.then(o => console.log(o)) // 2
    // ...

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。

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。

    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

本教程采用知识共享 署名-相同方式共享 3.0协议。

分享本文