本文是《深入掌握 ECMAScript 6 非同步程式設計》系列文章的第一篇。
- Generator函式的含義與用法
- Thunk函式的含義與用法
- co函式庫的含義與用法
- async函式的含義與用法
非同步程式設計對 JavaScript 語言太重要。JavaScript 只有一根執行緒，如果沒有非同步程式設計，根本沒法用，非卡死不可。
以前，非同步程式設計的方法，大概有下面四種。
- 回撥函式
- 事件監聽
- 釋出/訂閱
- Promise 物件
ECMAScript 6 （簡稱 ES6 ）作為下一代 JavaScript 語言，將 JavaScript 非同步程式設計帶入了一個全新的階段。這組系列文章的主題，就是介紹更強大、更完善的 ES6 非同步程式設計方法。
新方法比較抽象，初學時，我常常感到費解，直到很久以後才想通，非同步程式設計的語法目標，就是怎樣讓它更像同步程式設計。這組系列文章，將幫助你深入理解 JavaScript 非同步程式設計的本質。所有將要講到的內容，都已經實現了。也就是說，馬上就能用，套用一句廣告語，就是"未來已來"。
一、什麼是非同步？
所謂"非同步"，簡單說就是一個任務分成兩段，先執行第一段，然後轉而執行其他任務，等做好了準備，再回過頭執行第二段。比如，有一個任務是讀取檔案進行處理，非同步的執行過程就是下面這樣。
上圖中，任務的第一段是向作業系統發出請求，要求讀取檔案。然後，程式執行其他任務，等到作業系統返回檔案，再接著執行任務的第二段（處理檔案）。
這種不連續的執行，就叫做非同步。相應地，連續的執行，就叫做同步。
上圖就是同步的執行方式。由於是連續執行，不能插入其他任務，所以作業系統從硬碟讀取檔案的這段時間，程式只能乾等著。
二、回撥函式的概念
JavaScript 語言對非同步程式設計的實現，就是回撥函式。所謂回撥函式，就是把任務的第二段單獨寫在一個函式里面，等到重新執行這個任務的時候，就直接呼叫這個函式。它的英語名字 callback，直譯過來就是"重新呼叫"。
讀取檔案進行處理，是這樣寫的。
fs.readFile('/etc/passwd', function (err, data) { if (err) throw err; console.log(data); });
上面程式碼中，readFile 函式的第二個引數，就是回撥函式，也就是任務的第二段。等到作業系統返回了 /etc/passwd 這個檔案以後，回撥函式才會執行。
一個有趣的問題是，為什麼 Node.js 約定，回撥函式的第一個引數，必須是錯誤物件err（如果沒有錯誤，該引數就是 null）？原因是執行分成兩段，在這兩段之間丟擲的錯誤，程式無法捕捉，只能當作引數，傳入第二段。
三、Promise
回撥函式本身並沒有問題，它的問題出現在多個回撥函式巢狀。假定讀取A檔案之後，再讀取B檔案，程式碼如下。
fs.readFile(fileA, function (err, data) { fs.readFile(fileB, function (err, data) { // ... }); });
不難想象，如果依次讀取多個檔案，就會出現多重巢狀。程式碼不是縱向發展，而是橫向發展，很快就會亂成一團，無法管理。這種情況就稱為"回撥函式噩夢"（callback hell）。
Promise就是為了解決這個問題而提出的。它不是新的語法功能，而是一種新的寫法，允許將回撥函式的橫向載入，改成縱向載入。採用Promise，連續讀取多個檔案，寫法如下。
var readFile = require('fs-readfile-promise'); readFile(fileA) .then(function(data){ console.log(data.toString()); }) .then(function(){ return readFile(fileB); }) .then(function(data){ console.log(data.toString()); }) .catch(function(err) { console.log(err); });
上面程式碼中，我使用了 fs-readfile-promise 模組，它的作用就是返回一個 Promise 版本的 readFile 函式。Promise 提供 then 方法載入回撥函式，catch方法捕捉執行過程中丟擲的錯誤。
可以看到，Promise 的寫法只是回撥函式的改進，使用then方法以後，非同步任務的兩段執行看得更清楚了，除此以外，並無新意。
Promise 的最大問題是程式碼冗餘，原來的任務被Promise 包裝了一下，不管什麼操作，一眼看去都是一堆 then，原來的語義變得很不清楚。
那麼，有沒有更好的寫法呢？
四、協程
傳統的程式語言，早有非同步程式設計的解決方案（其實是多工的解決方案）。其中有一種叫做"協程"（coroutine），意思是多個執行緒互相協作，完成非同步任務。
協程有點像函式，又有點像執行緒。它的執行流程大致如下。
第一步，協程A開始執行。
第二步，協程A執行到一半，進入暫停，執行權轉移到協程B。
第三步，（一段時間後）協程B交還執行權。
第四步，協程A恢復執行。
上面流程的協程A，就是非同步任務，因為它分成兩段（或多段）執行。
舉例來說，讀取檔案的協程寫法如下。
function asnycJob() { // ...其他程式碼 var f = yield readFile(fileA); // ...其他程式碼 }
上面程式碼的函式 asyncJob 是一個協程，它的奧妙就在其中的 yield 命令。它表示執行到此處，執行權將交給其他協程。也就是說，yield命令是非同步兩個階段的分界線。
協程遇到 yield 命令就暫停，等到執行權返回，再從暫停的地方繼續往後執行。它的最大優點，就是程式碼的寫法非常像同步操作，如果去除yield命令，簡直一模一樣。
五、Generator函式的概念
Generator 函式是協程在 ES6 的實現，最大特點就是可以交出函式的執行權（即暫停執行）。
function* gen(x){ var y = yield x + 2; return y; }
上面程式碼就是一個 Generator 函式。它不同於普通函式，是可以暫停執行的，所以函式名之前要加星號，以示區別。
整個 Generator 函式就是一個封裝的非同步任務，或者說是非同步任務的容器。非同步操作需要暫停的地方，都用 yield 語句註明。Generator 函式的執行方法如下。
var g = gen(1); g.next() // { value: 3, done: false } g.next() // { value: undefined, done: true }
上面程式碼中，呼叫 Generator 函式，會返回一個內部指標（即遍歷器 ）g 。這是 Generator 函式不同於普通函式的另一個地方，即執行它不會返回結果，返回的是指標物件。呼叫指標 g 的 next 方法，會移動內部指標（即執行非同步任務的第一段），指向第一個遇到的 yield 語句，上例是執行到 x + 2 為止。
換言之，next 方法的作用是分階段執行 Generator 函式。每次呼叫 next 方法，會返回一個物件，表示當前階段的資訊（ value 屬性和 done 屬性）。value 屬性是 yield 語句後面表示式的值，表示當前階段的值；done 屬性是一個布林值，表示 Generator 函式是否執行完畢，即是否還有下一個階段。
六、Generator 函式的資料交換和錯誤處理
Generator 函式可以暫停執行和恢復執行，這是它能封裝非同步任務的根本原因。除此之外，它還有兩個特性，使它可以作為非同步程式設計的完整解決方案：函式體內外的資料交換和錯誤處理機制。
next 方法返回值的 value 屬性，是 Generator 函式向外輸出資料；next 方法還可以接受引數，這是向 Generator 函式體內輸入資料。
function* gen(x){ var y = yield x + 2; return y; } var g = gen(1); g.next() // { value: 3, done: false } g.next(2) // { value: 2, done: true }
上面程式碼中，第一個 next 方法的 value 屬性，返回表示式 x + 2 的值（3）。第二個 next 方法帶有引數2，這個引數可以傳入 Generator 函式，作為上個階段非同步任務的返回結果，被函式體內的變數 y 接收。因此，這一步的 value 屬性，返回的就是2（變數 y 的值）。
Generator 函式內部還可以部署錯誤處理程式碼，捕獲函式體外丟擲的錯誤。
function* gen(x){ try { var y = yield x + 2; } catch (e){ console.log(e); } return y; } var g = gen(1); g.next(); g.throw（'出錯了'）; // 出錯了
上面程式碼的最後一行，Generator 函式體外，使用指標物件的 throw 方法丟擲的錯誤，可以被函式體內的 try ... catch 程式碼塊捕獲。這意味著，出錯的程式碼與處理錯誤的程式碼，實現了時間和空間上的分離，這對於非同步程式設計無疑是很重要的。
七、Generator 函式的用法
下面看看如何使用 Generator 函式，執行一個真實的非同步任務。
var fetch = require('node-fetch'); function* gen(){ var url = 'https://api.github.com/users/github'; var result = yield fetch(url); console.log(result.bio); }
上面程式碼中，Generator 函式封裝了一個非同步操作，該操作先讀取一個遠端介面，然後從 JSON 格式的資料解析資訊。就像前面說過的，這段程式碼非常像同步操作，除了加上了 yield 命令。
執行這段程式碼的方法如下。
var g = gen(); var result = g.next(); result.value.then(function(data){ return data.json(); }).then(function(data){ g.next(data); });
上面程式碼中，首先執行 Generator 函式，獲取遍歷器物件，然後使用 next 方法（第二行），執行非同步任務的第一階段。由於 Fetch 模組返回的是一個 Promise 物件，因此要用 then 方法呼叫下一個next 方法。
可以看到，雖然 Generator 函式將非同步操作表示得很簡潔，但是流程管理卻不方便（即何時執行第一階段、何時執行第二階段）。本系列的後面部分，就將介紹如何自動化非同步任務的流程管理。另外，本文對 Generator 函式的介紹很簡單，詳盡的教程請閱讀我寫的《ECMAScript 6入門》。
（完）