深入探讨JavaScript中的async函数

1. 异步编程概述

说到JavaScript中的异步编程，我们首先需要明确什么是异步。异步指的是一个程序的执行在某个操作完成之后才能继续执行下去。相对的，同步指的则是程序的执行必须按照预定的顺序依次执行，某个操作必须完成后才能执行下一个操作。

JavaScript中的异步编程主要是因为JavaScript本身是单线程的语言。在处理一些复杂的任务时，如果采用同步编程的方式，程序就会出现阻塞，导致用户操作卡顿或者页面假死。因此，异步编程成为了JavaScript中一个重要的话题。

2. 回调函数的局限性

2.1 问题

在ES5中，我们经常使用回调函数来处理异步编程的问题。回调函数是一种将函数作为参数传递给其他函数，并将这个函数留到稍后执行的编程模式。例如，下面这段代码是一个利用回调函数处理异步编程的示例：

function fetchData(callback) {
  setTimeout(() => {
    callback('hello world');
  }, 1000);
}
fetchData(data => {
  console.log(data);
});

这段代码的含义是：1秒后执行callback回调函数，这个回调函数接受一个参数，即字符串'hello world'。最后我们将fetchData函数的回调函数传入该函数中，等待1秒后执行该回调函数，打印出传入的字符串。

回调函数确实解决了JavaScript中的异步编程问题，但是回调函数也有其局限性：

回调函数嵌套过多，导致代码难以维护

回调函数中的错误不易捕获

例如，下面这段代码演示了回调函数嵌套过多导致代码难以管理的例子：

function fetchData(callback) {
  setTimeout(() => {
    callback('hello world');
  }, 1000);
}
function processData(data, callback) {
  setTimeout(() => {
    callback(data.toUpperCase());
  }, 1000);
}
function displayData(data, callback) {
  setTimeout(() => {
    callback('*** ' + data + ' ***');
  }, 1000);
}
fetchData(data => {
  processData(data, newData => {
    displayData(newData, transformedData => {
      console.log(transformedData);
    });
  });
});

我们将异步操作分为三个步骤：首先fetchData方法获取数据，processData方法对数据进行处理，displayData方法将处理后的数据进行展示。将三个方法放在一起看，代码结构非常深奥，可读性差，维护性差。

2.2 解决方案

解决回调函数嵌套过多的问题，出现了Promise、Generator、async/await等异步编程解决方案。

3. async/await

3.1 async/await概述

async/await是ES2017引入的异步编程方案，其本质上是基于Promise的封装。async函数是一种声明异步函数的方式，函数内部使用await来处理异步操作，使得代码像使用同步操作一样简洁易读。

async函数的语法格式如下：

async function functionName() {
  // do something
}

在函数内部，我们可以使用await关键字来等待Promise对象的resolve方法执行成功。例如：

async function fetchData() {
  let res = await fetch('https://api.github.com/users');
  let data = await res.json();
  return data;
}

上面这段代码，我们定义了一个fetchData函数，其中调用了fetch函数获取数据。由于fetch函数返回的是一个Promise对象，我们可以在其后面使用await关键字等待Promise对象的状态变更，获取Promise对象转化后的数据并返回。

3.2 async/await结合Promise使用

虽然async/await是基于Promise的封装，但是对于一些复杂的异步操作，单用async/await可能无法满足需求。例如，我们需要一个函数在每秒钟输出一条信息，在输出信息的同时，还需要等待Promise对象的状态变更。为了实现这个需求，我们需要结合Promise来使用。

function resolveAfterSeconds(time) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('resolved ' + time);
    }, time * 1000);
  });
}
async function asyncCall() {
  for (let i = 1; i <= 3; i++) {
    let result = await resolveAfterSeconds(i);
    console.log(result);
  }
}
asyncCall();

上面这段代码，我们定义了一个resolveAfterSeconds函数，该函数接受一个时间参数来模拟异步调用需要消耗的时间。我们使用Promise对象来返回异步调用的结果。而在asyncCall函数内部，我们使用await关键字等待Promise对象状态的变更，并在执行成功后输出结果。由于异步操作是模拟的，输出结果如下：

resolved 1
resolved 2
resolved 3

3.3 try/catch捕获错误

使用async/await的优势在于它可以很方便地捕获异步操作中的错误。我们可以使用try/catch语句来处理await关键字返回的Promise对象可能抛出的错误。

async function fetchData() {
  try {
    let res = await fetch('https://api.github.com/invalid_url');
    let data = await res.json();
    return data;
  } catch(e) {
    console.error(e);
  }
}
fetchData();

上面的代码中，我们使用了try/catch语句来捕获Promise对象抛出的错误。打印出错误信息如下：

TypeError: Failed to fetch

4. 结论

总的来说，async/await是JavaScript中异步编程的一种强大的解决方案。在比较复杂的异步编程场景下，它可以很方便地结合Promise来使用。而且，在处理异步编程中可能出现的错误时，也可以很方便地使用try/catch语句来捕获错误。相对于回调函数和Promise，async/await简化了代码，增加了可读性和可维护性。