为什么我用了async/await,代码却没有按序执行
在同步编程模型中,“阻塞”是指,当程序,遇到一个耗时的操作时(例如,一个复杂的、需要大量计算的循环,或一次同步的网络请求),整个程序的执行线程,都会被**完全地、毫无保留地“卡”**在这个操作上。在它完成之前,后续的任何代码,都无法被执行。如果这个过程,发生在网页前端,那么,整个浏览器界面,都将“
当开发者使用了异步函数(通常指async/await
语法)后,发现代码并没有像预想中那样严格地“从上到下”按序执行,其根本原因在于对“异步函数”工作机制的一个核心误解:即错误地,将异步函数中await
关键字的“暂停”,等同于了传统同步代码的“阻塞”。一个异步函数,其内在的运行逻辑涵盖了五个关键点:await
关键字只能暂停其所在的异步函数、它并未阻塞整个程序的执行、被await
的函数本身没有返回一个“承诺”对象、在循环中错误地并行触发了多个异步操作、以及对Promise.all
等并行处理工具的误用。
具体来说,当解释器在一个异步函数中,遇到await
指令时,它仅仅是“暂停”了当前这个异步函数的执行,然后,便立即将控制权“交还”给了主线程,去执行程序中的其他代码。它并不会像一个真正的“阻塞”操作那样,让整个程序都停下来,静静地等待。只有当await
后面所跟随的那个异步操作,在未来的某个时刻,真正完成后,解释器,才会将这个被“暂停”的函数,重新放回执行队列,继续其后续的逻辑。
一、核心误区、将“暂停”等同于“阻塞”
要彻底地理解为何异步函数的执行顺序,会与我们的直觉产生偏差,我们必须首先,在概念上,清晰地区分两个核心的行为:“阻塞”与“暂停”。
1. 什么是真正的“阻塞”?
在同步编程模型中,“阻塞”是指,当程序,遇到一个耗时的操作时(例如,一个复杂的、需要大量计算的循环,或一次同步的网络请求),整个程序的执行线程,都会被**完全地、毫无保留地“卡”**在这个操作上。在它完成之前,后续的任何代码,都无法被执行。如果这个过程,发生在网页前端,那么,整个浏览器界面,都将“冻结”,无法响应用户的任何点击或滚动操作。
2. 异步函数的“非阻塞”本质
与之相对,现代JavaScript中的异步函数,其整个设计的“初心”,就是为了避免这种“阻塞”所带来的灾难性用户体验。 异步函数,是建立在“承诺”这一更底层的异步处理机制之上的、一种更优雅的“语法糖”。当JavaScript的解释器,在一个异步函数中,遇到了一个await
关键字时,它在后台,实际执行了如下一系列精妙的操作:
它**“暂停”**了当前这个异步函数的执行。
它将这个异步函数剩余的部分,都打包起来,并“注册”到一个被称为“事件循环”的系统中,并告知系统:“请在await
后面的这个异步操作,有了结果之后,再回来,继续执行我打包好的这些剩余代码。”
最关键的一步:在完成了这次“注册”之后,解释器,会立即地,将程序的控制权,交还给主线程。
主线程,在“重获自由”后,就可以继续去执行,位于这个异步函数调用之后的、其他所有的同步代码,或者去响应用户的界面操作。
因此,await
,仅仅是“暂停”了它所在的那个函数的“内部时间线”,而丝毫没有“阻塞”整个程序的“外部主时间线”。这个“内部暂停,外部继续”的非阻塞特性,正是所有“执行顺序与预想不符”问题的根源。
二、元凶一、await
了一个“非承诺”
await
关键字,其在语法上的“契约”,是专门用来“等待”一个“承诺”对象的。一个“承诺”对象,是异步操作结果的一个“占位符”。await
的作用,就是“解包”,即暂停执行,直到这个“占位符”中,被填入了未来的“真实结果”。
然而,如果我们await
了一个非“承诺”的值或一个同步函数,会发生什么?
await
一个普通值:例如await 5
。解释器,会将其,等价地,处理为await Promise.resolve(5)
。即,它会将这个普通值,包装成一个“立即兑现”的承诺。这个操作,本身,并不会产生异步的效果。
真正的“问题”:调用了同步函数,却误以为是异步的JavaScriptfunction longRunningSyncTask() { // 假设这是一个耗时2秒的、纯粹的、同步的复杂计算 let result = 0; for (let i = 0; i < 2000000000; i++) { result += 1; } return result; } async function main() { console.log("开始"); await longRunningSyncTask(); // 错误用法! console.log("结束"); } main(); console.log("这是在main函数调用之后立即执行的代码");
问题分析:longRunningSyncTask
函数,其本身,是一个纯粹的同步函数,它并没有返回一个“承诺”对象。因此,await
关键字,在此处,虽然语法上合法,但完全没有发挥出其“暂停与释放主线程”的异步作用。整个程序,会完全地、阻塞地,等待那个耗时2秒的循环完成后,才会继续向下执行。其输出顺序,将是:“开始” -> (等待2秒) -> “结束” -> “这是在main函数调用之后立即执行的代码”。
与之相对的另一个错误,则是调用了一个真正的异步函数,但却忘记了使用await
来等待它。这会导致,这个异步函数,在后台“启动”后,程序,立即,就执行了下一行代码,从而,也造成了“不按序”的错觉。
三、元凶二、循环中的“并发”陷阱
这是在实践中,导致异步函数“不按序执行”的、最常见、也最具迷惑性的“重灾区”。
1. 经典的forEach
循环问题
场景:我们需要,遍历一个ID列表,并为每一个ID,都去异步地,从服务器,获取其详细信息,并期望,这个获取的过程,是“一个接一个、按顺序”完成的。
错误的代码:JavaScriptconst ids = [1, 2, 3]; async function fetchAndLog() { console.log("循环开始"); ids.forEach(async (id) => { const result = await fetchResource(id); // 错误地在 forEach 中使用 await console.log(`获取到ID ${id} 的结果:`, result); }); console.log("循环结束"); } fetchAndLog();
预期的输出顺序: 循环开始
-> 获取到ID 1...
-> 获取到ID 2...
-> 获取到ID 3...
-> 循环结束
实际的输出顺序: 循环开始
-> 循环结束
-> (等待一段时间后,以不确定的顺序) -> 获取到ID 2...
-> 获取到ID 1...
-> 获取到ID 3...
问题分析:forEach
方法,在设计上,是一个纯粹的“同步”迭代器。它不认识,也不关心,你传递给它的那个回调函数,是否是一个“异步函数”。它唯一的职责,就是立即地、同步地、毫无停歇地,遍历ids
数组中的每一个元素,并为每一个元素,都“启动”一次你传给它的那个异步回调。
它在瞬间,就启动了三次独立的、并行的fetchResource
调用。
然后,forEach
循环本身,就立即宣告“结束”了。
因此,console.log("循环结束")
这行代码,会立即被执行。
在未来的某个不确定的时刻,那三个并行的网络请求,会以不确定的顺序,依次返回结果,并触发它们各自的console.log
。
2. 正确的“串行”循环:使用for...of
要实现“一个接一个”的串行异步循环,我们必须使用一个能够,被await
关键字所“暂停”的循环结构。for...of
循环,正是为此而生的、最标准的、现代的解决方案。
修正后的代码:JavaScriptasync function fetchAndLogInSeries() { console.log("串行循环开始"); for (const id of ids) { const result = await fetchResource(id); // for...of 循环,会在此处,真正地暂停 console.log(`获取到ID ${id} 的结果:`, result); } console.log("串行循环结束"); }
在这个版本中,for...of
循环,在每一次的迭代中,都会因为await
而真正地暂停,直到当前的fetchResource(id)
操作完成后,才会进入下一次的迭代。
3. 正确的“并行”处理:使用Promise.all
有时,我们的意图,并非“串行”,而是期望,所有异步操作,都能“同时开始”,然后,我们只需要,**等待它们“全部完成”**后,再进行下一步。
修正后的代码:JavaScriptasync function fetchAndLogInParallel() { console.log("并行处理开始"); // 1. 立即地,发起所有异步操作,并将返回的“承诺”对象,存入一个数组 const promises = ids.map(id => fetchResource(id)); // 2. 使用 Promise.all,来等待“所有”的承诺,都变为“已兑现”状态 const results = await Promise.all(promises); console.log("所有结果都已获取:", results); console.log("并行处理结束"); }
这种模式,在效率上,远高于“串行”循环,因为它允许所有网络请求,都并行地进行。
四、在流程与规范中“防范”
要系统性地,在团队中,根除这类由于对异步机制理解不深而导致的“时序”问题,我们需要建立相应的流程和规范。
建立清晰的异步编程规范:团队的《编码规范》中,必须有专门的章节,来明确地,定义出,在不同场景下(如串行循环、并行处理),所推荐的、标准的异步编程“范式”。
代码审查:代码审查,是发现和纠正“异步逻辑”错误的、最重要的“人工防线”。一个有经验的审查者,会特别地,对代码中所有的forEach
、map
等循环,与async/await
的结合使用,保持高度的警惕。
利用静态分析工具:一些配置良好的“静态代码分析”工具,也能够,在一定程度上,检查出一些常见的、不规范的异步编程模式,并给出警告。
常见问答 (FAQ)
Q1: async/await
和Promise
的.then()
,我应该用哪个?
A1: 在任何可以的情况下,都应优先使用async/await
。因为它提供的、类似于“同步”代码的线性书写方式,在“可读性”和“错误处理”的简洁性上,都远远优于.then()
的链式调用。async/await
是建立在“承诺”机制之上的、更高级的抽象。
Q2: 为什么forEach
不支持async/await
的暂停行为?
A2: 因为forEach
方法的“规范”,在async/await
出现之前,就已经被确定了。它的设计,就是一个纯粹的、同步的数组迭代器,其内部,并没有,为“等待一个承诺”这样的异步行为,预留任何机制。
Q3: 什么是“事件循环”?它和这个问题有什么关系?
A3: “事件循环”,是JavaScript异步编程模型的底层核心。简单来说,它是一个不断轮询的机制,负责从“任务队列”中,取出那些已经完成的异步操作的“回调函数”,并将其,放回到“主执行栈”中去执行。await
的“暂停”,在底层,正是通过将函数的剩余部分,打包并放入这个“任务队列”,来实现的。
Q4: 如何一次性地,并行执行多个异步任务,并等待它们全部完成?
A4: 使用Promise.all()
方法。你需要,首先,将所有的异步操作,都发起调用,并将它们返回的“承诺”对象,都收集到一个数组中。然后,将这个“承诺数组”,作为参数,传递给Promise.all()
。await Promise.all(...)
,就会返回一个包含了所有异步操
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