使用 Promise

Promise 是一个对象,它代表了一个异步操作的最终完成或者失败。因为大多数人仅仅是使用已创建的 Promise 实例对象,所以本教程将首先说明怎样使用 Promise,再说明如何创建 Promise。

本质上 Promise 是一个函数返回的对象,我们可以在它上面绑定回调函数,这样我们就不需要在一开始把回调函数作为参数传入这个函数了。

假设现在有一个名为 createAudioFileAsync() 的函数,它接收一些配置和两个回调函数,然后异步地生成音频文件。一个回调函数在文件成功创建时被调用,另一个则在出现异常时被调用。

以下为使用 createAudioFileAsync() 的示例:

js
// 成功的回调函数
function successCallback(result) {
  console.log("音频文件创建成功:" + result);
}

// 失败的回调函数
function failureCallback(error) {
  console.log("音频文件创建失败:" + error);
}

createAudioFileAsync(audioSettings, successCallback, failureCallback);

如果重写 createAudioFileAsync() 为返回 Promise 的形式,你可以把回调函数附加到它上面:

js
createAudioFileAsync(audioSettings).then(successCallback, failureCallback);

这种形式有若干优点,下面我们将会逐一讨论。

链式调用

连续执行两个或者多个异步操作是一个常见的需求,在上一个操作执行成功之后,开始下一个的操作,并带着上一步操作所返回的结果。在旧的回调风格中,这种操作会导致经典的回调地狱

js
doSomething(function (result) {
  doSomethingElse(result, function (newResult) {
    doThirdThing(newResult, function (finalResult) {
      console.log(`得到最终结果:${finalResult}`);
    }, failureCallback);
  }, failureCallback);
}, failureCallback);

有了 Promise,我们就可以通过一个 Promise 链来解决这个问题。这就是 Promise API 的优势,因为回调函数是附加到返回的 Promise 对象上的,而不是传入一个函数中。

见证奇迹的时刻:then() 函数会返回一个和原来不同的新的 Promise

js
const promise = doSomething();
const promise2 = promise.then(successCallback, failureCallback);

第二个 promise(promise2)不仅表示 doSomething() 函数的完成,也代表了你传入的 successCallback 或者 failureCallback 的完成,这两个函数也可以是返回 Promise 对象的异步函数。这样的话,在 promise2 上新增的排在该 promise 后面的回调函数会通过 successCallbackfailureCallback 返回。

备注:如果你想要一个可以操作的示例,你可以使用下面的模板来创建任何返回 Promise 的函数:

js
function doSomething() {
  return new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() => {
      // 在完成 Promise 之前的其他操作
      console.log("完成了一些事情");
      // promise 的兑现值
      resolve("https://example.com/");
    }, 200);
  });
}

该实现会在下面的在旧式回调 API 中创建 Promise部分讨论。

就像这样,你可以创建一个更长的处理链,其中的每个 Promise 都代表了链中的一个异步过程的完成。此外,then 的参数是可选的,catch(failureCallback) 等同于 then(null, failureCallback)——所以如果你的错误处理代码对所有步骤都是一样的,你可以把它附加到链的末尾:

js
doSomething()
  .then(function (result) {
    return doSomethingElse(result);
  })
  .then(function (newResult) {
    return doThirdThing(newResult);
  })
  .then(function (finalResult) {
    console.log(`得到最终结果:${finalResult}`);
  })
  .catch(failureCallback);

你或许会看到这种形式的箭头函数

js
doSomething()
  .then((result) => doSomethingElse(result))
  .then((newResult) => doThirdThing(newResult))
  .then((finalResult) => {
    console.log(`得到最终结果:${finalResult}`);
  })
  .catch(failureCallback);

备注:箭头函数表达式可以有隐式返回值;所以,() => x() => { return x; } 的简写。

doSomethingElsedoThirdThing 可以返回任何值——如果它们返回的是 Promise,那么会首先等待这个 Promise 的敲定,然后下一个回调函数会接收到它的兑现值,而不是 Promise 本身。在 then 回调中始终返回 Promise 是非常重要的,即使 Promise 总是兑现为 undefined。如果上一个处理器启动了一个 Promise 但并没有返回它,那么就没有办法再追踪它的敲定状态了,这个 Promise 就是“漂浮”的。

js
doSomething()
  .then((url) => {
    // fetch(url) 前缺少 `return` 关键字。
    fetch(url);
  })
  .then((result) => {
    // result 是 undefined,因为上一个处理器没有返回任何东西。
    // 无法得知 fetch() 的返回值,也无法知道它是否成功。
  });

通过返回 fetch 调用的结果(一个 Promise),我们既可以追踪它的完成状态,也可以在它完成时接收到它的值。

js
doSomething()
  .then((url) => {
    // 添加 `return` 关键字
    return fetch(url);
  })
  .then((result) => {
    // result 是一个 Response 对象
  });

如果有竞态条件的话,使 Promise 漂浮的情况会更糟——如果上一个处理器的 Promise 没有返回,那么下一个 then 处理器会被提前调用,而它读取的任何值都可能是不完整的。

js
const listOfIngredients = [];

doSomething()
  .then((url) => {
    // fetch(url) 前缺少 `return` 关键字。
    fetch(url)
      .then((res) => res.json())
      .then((data) => {
        listOfIngredients.push(data);
      });
  })
  .then(() => {
    console.log(listOfIngredients);
    // listOfIngredients 永远为 [],因为 fetch 请求还没有完成。
  });

因此,一个经验法则是,每当你的操作遇到一个 Promise,就返回它,并把它的处理推迟到下一个 then 处理器中。

js
const listOfIngredients = [];

doSomething()
  .then((url) => {
    // fetch 调用前面现在包含了 `return` 关键字。
    return fetch(url)
      .then((res) => res.json())
      .then((data) => {
        listOfIngredients.push(data);
      });
  })
  .then(() => {
    console.log(listOfIngredients);
    // listOfIngredients 现在将包含来自 fetch 调用的数据。
  });

更加好的解决方法是,你可以将嵌套链扁平化为单链,这样更简单,也更容易处理错误。具体细节将在下面的嵌套部分讨论。

js
doSomething()
  .then((url) => fetch(url))
  .then((res) => res.json())
  .then((data) => {
    listOfIngredients.push(data);
  })
  .then(() => {
    console.log(listOfIngredients);
  });

使用 async/await 可以帮助你编写更直观、更类似同步代码的代码。下面是使用 async/await 的相同示例:

js
async function logIngredients() {
  const url = await doSomething();
  const res = await fetch(url);
  const data = await res.json();
  listOfIngredients.push(data);
  console.log(listOfIngredients);
}

请注意,除了前面的 await 关键字外,这段代码看起来与同步代码一模一样。唯一的折衷是,可能很容易忘记 await 关键字,这只能在出现类型不匹配(例如试图将承诺作为值使用)时才能解决。

async/await 基于 promise,例如,doSomething() 与之前的函数相同,因此从 promise 到 async/await 所需的重构工作微乎其微。有关 async/await 语法的更多信息,请参阅异步函数await 参考。

备注:async/await 的并发语义与普通 Promise 链相同。异步函数中的 await 不会停止整个程序,只会停止依赖其值的部分,因此在 await 挂起时,其他异步任务仍可运行。

错误处理

你或许还有印象,在之前的回调地狱示例中,有 3 次 failureCallback 的调用,而在 Promise 链中只有尾部的一次调用。

js
doSomething()
  .then((result) => doSomethingElse(result))
  .then((newResult) => doThirdThing(newResult))
  .then((finalResult) => console.log(`得到最终结果:${finalResult}`))
  .catch(failureCallback);

通常,一遇到异常抛出,浏览器就会顺着 Promise 链寻找下一个 onRejected 失败回调函数或者由 .catch() 指定的回调函数。这和以下同步代码的工作原理(执行过程)非常相似。

js
try {
  let result = syncDoSomething();
  let newResult = syncDoSomethingElse(result);
  let finalResult = syncDoThirdThing(newResult);
  console.log(`得到最终结果:${finalResult}`);
} catch (error) {
  failureCallback(error);
}

这种异步代码的对称性在 async/await 语法中达到了极致:

js
async function foo() {
  try {
    const result = await doSomething();
    const newResult = await doSomethingElse(result);
    const finalResult = await doThirdThing(newResult);
    console.log(`得到最终结果:${finalResult}`);
  } catch (error) {
    failureCallback(error);
  }
}

嵌套

对比上述涉及 listOfIngredients 的两个例子,第一个例子中有一个 Promise 链嵌套在另一个 then() 处理器的返回值中;而第二个例子则是完全扁平化的链。简洁的 Promise 链式编程最好保持扁平化,不要嵌套 Promise,因为嵌套经常会是粗心导致的。

嵌套是一种可以限制 catch 语句的作用域的控制结构写法。明确来说,嵌套的 catch 只会捕获其作用域及以下的错误,而不会捕获链中更高层的错误。如果使用正确,可以实现细粒度的错误恢复。

js
doSomethingCritical()
  .then((result) =>
    doSomethingOptional()
      .then((optionalResult) => doSomethingExtraNice(optionalResult))
      .catch((e) => {}),
  ) // 即便可选操作失败了,也会继续执行
  .then(() => moreCriticalStuff())
  .catch((e) => console.log(`严重失败:${e.message}`));

注意,这里的可选操作是嵌套的——缩进并不是原因,而是因为可选操作被外层的 () 括号包裹起来了。

这个内部的 catch 语句仅能捕获到 doSomethingOptional()doSomethingExtraNice() 的失败,并将该错误与外界屏蔽,之后就恢复到 moreCriticalStuff() 继续执行。值得注意的是,如果 doSomethingCritical() 失败,这个错误仅会被最后的(外部)catch 语句捕获到,并不会被内部 catch 吞掉。

async/await 中,这段代码看起来像这样:

js
async function main() {
  try {
    const result = await doSomethingCritical();
    try {
      const optionalResult = await doSomethingOptional(result);
      await doSomethingExtraNice(optionalResult);
    } catch (e) {
      // 忽略可选步骤的失败并继续执行。
    }
    await moreCriticalStuff();
  } catch (e) {
    console.error(`严重失败:${e.message}`);
  }
}

备注:如果没有复杂的错误处理,则很可能不需要嵌套的 then 处理器。相反,可以使用扁平链,将错误处理逻辑放在最后。

Catch 的后续链式操作

有可能会在一个回调失败之后继续使用链式操作,即,使用一个 catch,这对于在链式操作中抛出一个失败之后,再次进行新的操作会很有用。请阅读下面的例子:

js
new Promise((resolve, reject) => {
  console.log("初始化");

  resolve();
})
  .then(() => {
    throw new Error("有哪里不对了");

    console.log("执行「这个」");
  })
  .catch(() => {
    console.log("执行「那个」");
  })
  .then(() => {
    console.log("执行「这个」,无论前面发生了什么");
  });

输出结果如下:

初始化
执行「那个」
执行「这个」,无论前面发生了什么

备注:并没有输出“执行「这个」”,因为在第一个 then() 中的 throw 语句导致其被拒绝。

async/await 中,这段代码看起来像这样:

js
async function main() {
  try {
    await doSomething();
    throw new Error("有哪里不对了");
    console.log("执行「这个」");
  } catch (e) {
    console.error("执行「那个」");
  }
  console.log("执行「这个」,无论前面发生了什么");
}

Promise 拒绝事件

当一个 Promise 拒绝事件未被任何处理器处理时,它会冒泡到调用栈的顶部,主机需要将其暴露出来。在 Web 上,当 Promise 被拒绝时,会有下文所述的两个事件之一被派发到全局作用域(通常而言,就是 window;如果是在 web worker 中使用的话,就是 Worker 或者其他基于 worker 的接口)。这两个事件如下所示:

rejectionhandled

当 Promise 被拒绝、并且在 reject 函数处理该拒绝事件之后会派发此事件。

unhandledrejection

当 Promise 被拒绝,但没有提供 reject 函数来处理该拒绝事件时,会派发此事件。

上述两种事件(类型为 PromiseRejectionEvent)都有两个属性,一个是 promise 属性,该属性指向被拒绝的 Promise,另一个是 reason 属性,该属性用来说明 Promise 被拒绝的原因。

因此,我们可以通过以上事件为 Promise 失败时提供补偿处理,也有利于调试 Promise 相关的问题。在每一个上下文中,该处理都是全局的,因此不管源码如何,所有的错误都会在同一个处理函数中被捕捉并处理。

Node.js 中,对拒绝事件的处理稍有不同。你可以通过为 Node.js 的 unhandledRejection 事件添加处理器(注意名称的大小写不同)来捕获未处理的拒绝,就像这样:

js
process.on("unhandledRejection", (reason, promise) => {
  /* 你可以在这里添加一些代码,以便检查 promise 和 reason */
});

对于 Node.js 来说,为了防止错误被记录到控制台(否则默认会发生),添加 process.on() 监听器就足够了;不需要类似浏览器运行时的 preventDefault() 方法这样的等效操作。

然而,如果你添加了 process.on 监听器,但没有在其中添加代码来处理被拒绝的 Promise,那么它们就会被丢弃,而且不会有任何提示。因此,最好在监听器中添加代码来检查每个被拒绝的 Promise,并确保它们不是由于代码错误而导致的。

组合

有四个组合工具可用来并发异步操作:Promise.all()Promise.allSettled()Promise.any()Promise.race()

我们可以同时启动所有操作,再等待它们全部完成,就像这样:

js
Promise.all([func1(), func2(), func3()]).then(([result1, result2, result3]) => {
  /* 使用 result1、result2 和 result3 */
});

如果数组中的某个 Promise 被拒绝,Promise.all() 就会立即拒绝返回的 Promise,并终止其他操作。这可能会导致一些意外的状态或行为。Promise.allSettled() 是另一个组合工具,它会等待所有操作完成后再处理返回的 Promise。

所有的这些方法都是并发运行 Promise 的——一系列 Promise 同时启动,而不是彼此等待。顺序执行也是可能的,这需要一些巧妙的 JavaScript 手段:

js
[func1, func2, func3]
  .reduce((p, f) => p.then(f), Promise.resolve())
  .then((result3) => {
    /* 使用 result3 */
  });

在这个例子中,我们使用 reduce 把一个异步函数数组变为一个 Promise 链。上面的代码等同于:

js
Promise.resolve()
  .then(func1)
  .then(func2)
  .then(func3)
  .then((result3) => {
    /* 使用 result3 */
  });

我们也可以写成可复用的函数形式,这在函数式编程中极为普遍:

js
const applyAsync = (acc, val) => acc.then(val);
const composeAsync =
  (...funcs) =>
  (x) =>
    funcs.reduce(applyAsync, Promise.resolve(x));

composeAsync() 函数将会接受任意数量的函数作为其参数,并返回一个新的函数,而该函数又接受一个初始值,该组合的参数传递管线如下所示:

js
const transformData = composeAsync(func1, func2, func3);
const result3 = transformData(data);

顺序组合还可以使用 async/await 更简洁地完成:

js
let result;
for (const f of [func1, func2, func3]) {
  result = await f(result);
}
/* 使用最后的结果(即 result3)*/

然而,在你顺序组合 Promise 前,请考虑是否真的有必要——因为它们会阻塞彼此,除非一个 Promise 的执行依赖于另一个 Promise 的结果,否则最好并发运行 Promise。

在旧式回调 API 中创建 Promise

可以通过 Promise 的构造函数从零开始创建 Promise。这种方式(通过构造函数的方式)应当只在封装旧 API 的时候用到。

理想状态下,所有的异步函数应该会返回 Promise。但有一些 API 仍然使用旧方式来传入成功(或者失败)的回调。最典型的例子就是 setTimeout() 函数:

js
setTimeout(() => saySomething("10 秒钟过去了"), 10 * 1000);

混用旧式回调和 Promise 可能会造成运行时序问题。如果 saySomething 函数失败了,或者包含了编程错误,那就没有办法捕获它了。这得怪 setTimeout

幸运地是,我们可以将 setTimeout 封装入 Promise 内。最好的做法是,将这些有问题的函数封装起来,留在底层,并且永远不要再直接调用它们:

js
const wait = (ms) => new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, ms));

wait(10 * 1000)
  .then(() => saySomething("10 秒钟"))
  .catch(failureCallback);

通常,Promise 的构造函数接收一个执行函数(executor),我们可以在这个执行函数里手动地解决(resolve)或拒绝(reject)一个 Promise。既然 setTimeout 并不会真的执行失败,那么我们可以在这种情况下忽略拒绝的情况。你可以在 Promise() 参考中查看更多关于执行函数的信息。

时序

最后,我们将深入了解更多技术细节——关于注册的回调函数何时被调用。

保证

在基于回调的 API 中,回调函数何时以及如何被调用取决于 API 的实现者。例如,回调可能是同步调用的,也可能是异步调用的:

js
function doSomething(callback) {
  if (Math.random() > 0.5) {
    callback();
  } else {
    setTimeout(() => callback(), 1000);
  }
}

我们非常不建议使用上述这种设计,因为它会导致所谓的“Zalgo 状态”。在设计异步 API 的上下文中,这意味着回调在某些情况下是同步调用的,但在其他情况下是异步调用的,这为调用者带来的歧义。更多背景信息,请参见文章为异步设计 API,这是该术语首次被正式提出的地方。这种 API 设计使得副作用难以分析:

js
let value = 1;
doSomething(() => {
  value = 2;
});
console.log(value); // 1 还是 2?

另一方面,Promise 是一种控制反转的形式——API 的实现者不控制回调何时被调用。相反,维护回调队列并决定何时调用回调的工作被委托给了 Promise 的实现者,这样一来,API 的使用者和开发者都会自动获得强大的语义保证,包括:

  • 被添加到 then() 的回调永远不会在 JavaScript 事件循环的当前运行完成之前被调用。
  • 即使异步操作已经完成(成功或失败),在这之后通过 then() 添加的回调函数也会被调用。
  • 通过多次调用 then() 可以添加多个回调函数,它们会按照插入顺序进行执行。

以防万一的提醒:传入 then() 的函数永远不会被同步调用,即使 Promise 已经被解决了(resolved):

js
Promise.resolve().then(() => console.log(2));
console.log(1); // 1, 2

传入 then() 的函数不会立即运行,而是被放入微任务队列中,这意味着它会在稍后运行(仅在创建该函数的函数退出后,且 JavaScript 执行堆栈为空时),也就是在控制权返回事件循环之前。总而言之,不会等待太久:

js
const wait = (ms) => new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, ms));

wait().then(() => console.log(4));
Promise.resolve()
  .then(() => console.log(2))
  .then(() => console.log(3));
console.log(1); // 1, 2, 3, 4

任务队列 vs. 微任务

Promise 回调被处理为微任务,而 setTimeout() 回调被处理为任务队列。

js
const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  console.log("Promise 执行函数");
  resolve();
}).then((result) => {
  console.log("Promise 回调(.then)");
});

setTimeout(() => {
  console.log("新一轮事件循环:Promise(已完成)", promise);
}, 0);

console.log("Promise(队列中)", promise);

上述代码的输出如下:

Promise 执行函数
Promise(队列中)Promise {<pending>}
Promise 回调(.then)
新一轮事件循环:Promise(已完成)Promise {<fulfilled>}

详见深入:微任务与 Javascript 运行时环境

当 Promise 与 任务冲突时

你可能遇到如下情况:你的一些 Promise 和任务(例如事件或回调)会以不可预测的顺序启动。此时,你或许可以通过使用微任务检查状态或平衡 Promise,并以此有条件地创建 Promise。

如果你认为微任务可能会帮助你解决问题,那么请阅读微任务指南,学习如何用 queueMicrotask() 来将一个函数作为微任务添加到队列中。

参见