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深入浅出ES6:魔力四射的生成器 Generators 续篇

2016-08-28 21:56 Jason Orendorff

本文为『前端之巅』原创,作者为Jason Orendorff,译者为Lenville。未经许可,拒绝任何形式的转载。申请入群或成为译者,请关注『前端之巅』公众号并发送“加群”。

在之前的文章《深入浅出ES6(三):生成器 Generators》(http://taou.cn/DLGyy)中,我为大家介绍了ES6中引入的新特性——生成器(Generators),我认为它是ES6中最具魔力的特性,很可能是异步编程下一步的发展方向。后来我这样写道:

生成器还有更多未提及的特性,例如:.throw()和.return()方法、可选参数.next()、yield*表达式语法。由于行文过长,估计观众老爷们已然疲乏,我们应该学习一下生成器,暂时yield在这里,剩下的干货择机为大家献上。

此时此刻,我们再续前缘。

阅读本文前,你最好先阅读一下文章的第1部分(http://taou.cn/DLGyy),文章比较长,你可能看得云里雾里,但那儿有一只会说话的猫陪伴你,非常有趣!

    1. 快速回顾

在第三篇文章中,我们着重讲解了生成器的基本行为。你可能对此感到陌生,但是并不难理解。生成器函数与普通函数有很多相似之处,它们之间最大的不同是,普通函数一次执行完毕,而生成器函数体每次执行一部分,每当执行到一个yield表达式的时候就会暂停。

尽管在那篇文章(http://taou.cn/DLGyy)中我们进行过详细解释,但我们始终未把所有特性结合起来给大家讲解示例。现在就让我们出发吧!

    function* somewords() {
      yield "hello";
      yield "world";
    }
    for (var word of somewords()) {
      alert(word);
    }

这段脚本简单易懂,但是如果你把代码中不同的比特位当做戏剧中的任务,你会发现它变得如此与众不同。穿上新衣的代码看起来是这样的:

(译者注:下面这是原作者创作的一个剧本,他将ES6中的各种函数和语法拟人化,以讲解生成器(Generator)的实现原理)

场景 - 另一个世界的计算机,白天

for loop女士独自站在舞台上,戴着一顶安全帽,手里拿着一个笔记板,上面记载着所有的事情。

                  for loop:
                (电话响起)
                somewords()!

generator出现:这是一位高大的、有着一丝不苟绅士外表的黄铜机器人。
它看起来足够友善,但给人的感觉仍然是冷冰冰的金属。

                  for loop:
            (潇洒地拍了拍她的手)
          好吧!我们去找些事儿做吧。
             (对generator说)
                  .next()!

generator动了起来,就像突然拥有了生命。

                 generator:
       {value: "hello", done: false}

然而猝不及防的,它以一个滑稽的姿势停止了动作。

                 for loop:
                   alert!

alert小子飞快冲进舞台,眼睛大睁,上气不接下气。我们感觉的到他一向如此。

                  for loop:
             对user说“hello”。

alert小子转身冲下舞台。

alert:
            (舞台下,大声尖叫)
               一切都静止了!
             你正在访问的页面说,
                  “hello”!

停留了几秒钟后,alert小子跑回舞台,穿过所有人滑停在for loop女士身边。

                   alert:
            (舞台下,大声尖叫)
               一切都静止了!
             你正在访问的页面说,
                  “hello”!

generator又一次焕发生机。

                 generator:
       {value: "world", done: false}

它换了个姿势又一次冻结。

                 for loop:
                   alert!
                   alert:
                (已经跑起来)
                  正在搞定!
              (舞台下,大声尖叫)
                一切都静止了!
              你正在访问的页面说,
                  “world”!

又一次暂停,然后alert突然跋涉回到舞台,垂头丧气的。

                  alert:
            user再一次说ok,但是…
              但是请阻止这个页面
               创建额外的对话。

他噘着嘴离开了。

                  for loop:
            (潇洒地拍了拍她的手)
           好吧!我们去找些事儿做吧。
            (回到generator身边)
                  .next()!

generator第三次焕发生机。

                 generator:
                 (庄严的)
       {value: undefined, done: true}

它的头低下了,光芒从它的眼里消失。它不再移动。

                  for loop
               我的午餐时间到了。

她离开了。

一会儿,garbage collector(垃圾收集器)老头进入,捡起了奄奄一息的generator,将它带下舞台。

好吧,这一出戏不太像哈姆雷特,但你应该可以想象得出来。

好吧,这一出戏不太像哈姆雷特,但你应该可以想象得出来。

正如你在戏剧中看到的,当生成器对象第一次出现时,它立即暂停了。每当调用它的.next()方法,它都会苏醒并向前执行一部分。

所有动作都是单线程同步的。请注意,无论何时永远只有一个真正活动的角色,角色们不会互相打断,亦不会互相讨论,他们轮流讲话,只要他们的话没有说完都可以继续说下去。(就像莎士比亚一样!)

每当for-of循环遍历生成器时,这出戏的某个版本就展开了。这些.next()方法调用序列永远不会在你的代码的任何角落出现,在剧本里我把它们都放在舞台上了,但是对于你和你的程序而言,所有这一切都应该在幕后完成,因为生成器和for-of循环就是被设计成通过迭代器接口(http://www.ecma-international.org/ecma-262/6.0/index.html#sec-iterator-interface联结工作的。

所以,总结一下到目前为止所有的一切:

  • 生成器对象是可以产生值的优雅的黄铜机器人。

  • 每个生成器函数体构成的单一代码块就是一个机器人。

   2. 如何关停生成器

我在第1部分没有提到这些繁琐的生成器特性:

  • generator.return()

  • generator.next()的可选参数

  • generator.throw(error)

  • yield*

如果你不理解这些特性存在得意义,就很难对它们提起兴趣,更不用说理解它们的实现细节,所以我选择直接跳过。但是当我们深入学习生成器时,势必要仔细了解这些特性的方方面面。

你或许曾使用过这样的模式:

    function dothings() {
      setup();
      try {
        // ... 做一些事情
      } finally {
        cleanup();
      }
    }
    dothings();

清理(cleanup)过程包括关闭连接或文件,释放系统资源,或者只是更新dom来关闭“运行中”的加载动画。我们希望无论任务成功完成与否都触发清理操作,所以执行流入到finally代码块。

那么生成器中的清理操作看起来是什么样的呢?

    function* producevalues() {
      setup();
      try {
        // ... 生成一些值
      } finally {
        cleanup();
      }
    }
    for (var value of producevalues()) {
      work(value);
    }

这段代码看起来很好,但是这里有一个问题:我们没在try代码块中调用work(value),如果它抛出异常,我们的清理步骤会如何执行呢?

或者假设for-of循环包含一条break语句或return语句。清理步骤又会如何执行呢?

放心,清理步骤无论如何都会执行,ES6已经为你做好了一切。

我们第一次讨论迭代器和for-of循环(http://www.infoq.com/cn/articles/es6-in-depth-iterators-and-the-for-of-loop时曾说过,迭代器接口支持一个可选的.return()方法,每当迭代在迭代器返回{done:true}之前退出都会自动调用这个方法。生成器支持这个方法,mygenerator.return()会触发生成器执行任一finally代码块然后退出,就好像当前的生成暂停点已经被秘密转换为一条return语句一样。

注意,.return()方法并不是在所有的上下文中都会被自动调用,只有当使用了迭代协议的情况下才会触发该机制。所以也有可能生成器没执行finally代码块就直接被垃圾回收了。

如何在舞台上模拟这些特性?生成器被冻结在一个需要一些配置的任务(例如,建造一幢摩天大楼)中间。突然有人抛出一个错误!for循环捕捉到这个错误并将它放置在一遍,她告诉生成器执行.return()方法。生成器冷静地拆除了所有脚手架并停工。然后for循环取回错误,继续执行正常的异常处理过程。

   3. 生成器主导模式

到目前为止,我们在剧本中看到的生成器(generator)和使用者(user)之间的对话非常有限,现在换一种方式继续解释:

在这里使用者主导一切流程,生成器根据需要完成它的任务,但这不是使用生成器进行编程的唯一方式。

在第1部分中我曾经说过,生成器可以用来实现异步编程,完成你用异步回调或promise链所做的一切。我知道你一定想知道它是如何实现的,为什么yield的能力(这可是生成器专属的特殊能力)足够应对这些任务。毕竟,异步代码不仅产生(yield)数据,还会触发事件,比如从文件或数据库中调用数据,向服务器发起请求并返回事件循环来等待异步过程结束。生成器如何实现这一切?它又是如何不借助回调力量从文件、数据库或服务器中接受数据?

为了开始找出答案,考虑一下如果.next()的调用者只有一种方法可以传值返回给生成器会发生什么?仅仅是这一点改变,我们就可能创造一种全新的会话形式:

事实上,生成器的.next()方法接受一个可选参数,参数稍后会作为yield表达式的返回值出现在生成器中。那就是说,yield语句与return语句不同,它是一个只有当生成器恢复时才会有值的表达式。

var results = yield getdataandlatte(request.areacode);

这一行代码完成了许多功能:

  • 调用getdataandlatte(),假设函数返回我们在截图中看到的字符串“get me the database records for area code...”。

  • 暂停生成器,生成字符串值。

  • 此时可以暂停任意长的时间。

  • 最终,直到有人调用.next({data: ..., coffee: ...}),我们将这个对象存储在本地变量results中并继续执行下一行代码。

下面这段代码完整地展示了这一行代码完整的上下文会话:

function* handle(request) {
      var results = yield getdataandlatte(request.areacode);
      results.coffee.drink();
      var target = mosturgentrecord(results.data);
      yield updatestatus(target.id, "ready");
    }

yield仍然保持着它的原始含义:暂停生成器,返回值给调用者。但是确实也发生了变化!这里的生成器期待来自调用者的非常具体的支持行为,就好像调用者是它的行政助理一样。

普通函数则与之不同,通常更倾向于满足调用者的需求。但是你可以借助生成器创造一段对话,拓展生成器与其调用者之间可能存在的关系。

这个行政助理生成器运行器可能是什么样的?它大可不必很复杂,就像这样:

function rungeneratoronce(g, result) {
      var status = g.next(result);
      if (status.done) {
        return;  // phew!
      }
      // 生成器请我们去获取一些东西并且
      // 当我们搞定的时候再回调它
      doasynchronousworkincludingespressomachineoperations(
        status.value,
        (error, nextresult) => rungeneratoronce(g, nextresult));
    }

为了让这段代码运行起来,我们必须创建一个生成器并且运行一次,像这样:

rungeneratoronce(handle(request), undefined);

在之前的文章中,我一个库的示例中提到Q.async(),在那个库中,生成器是可以根据需要自动运行的异步过程。rungeneratoronce正式这样的一个具体实现。事实上,生成器一般会生成Promise对象来告诉调用者要做的事情,而不是生成字符串来大声告诉他们。

如果你已经理解了Promise的概念,现在又理解了生成器的概念,你可以尝试修改rungeneratoronce的代码来支持Promise。这个任务不简单,但是一旦成功,你将能够用Promise线性书写复杂的异步算法,而不仅仅通过.then()方法或回调函数来实现异步功能。

   4. 如何销毁生成器

你是否有看到rungeneratoronce的错误处理过程?答案一定是没有,因为上面的示例中直接忽略了错误!

是的,那样做不好,但是如果我们想要以某种方法给生成器报告错误,可以尝试一下这个方法:当有错误产生时,不要继续调用generator.next(result)方法,而应该调用generator.throw(error)方法来抛出yield表达式,进而像.return()方法一样终止生成器的执行。但是如果当前的生成暂停点在一个try代码块中,那么会catch到错误并执行finally代码块,生成器就恢复执行了。

另一项艰巨的任务来啦,你需要修改rungeneratoronce来确保.throw()方法能够被恰当地调用。请记住,生成器内部抛出的异常总是会传播到调用者。所以无论生成器是否捕获错误,generator.throw(error)都会抛出error并立即返回给你。

当生成器执行到一个yield表达式并暂停后可以实现以下功能:

  • 调用generator.next(value),生成器从离开的地方恢复执行。

  • 调用generator.return(),传递一个可选值,生成器只执行finally代码块并不再恢复执行。

  • 调用generator.throw(error),生成器表现得像是yield表达式调用一个函数并抛出错误。

  • 或者,什么也不做,生成器永远保持冻结状态。(是的,对于一个生成器来说,很可能执行到一个try代码块,永不执行finally代码块。这种状态下的生成器可以被垃圾收集器回收。)

看起来生成器函数与普通函数的复杂度相当,只有.return()方法显得不太一样。

事实上,yield与函数调用有许多共通的地方。当你调用一个函数,你就暂时停止了,对不对?你调用的函数取得主导权,它可能返回值,可能抛出错误,或者永远循环下去。

   5. 结合生成器实现更多功能

我再展示一个特性。假设我们写一个简单的生成器函数联结两个可迭代对象:

function* concat(iter1, iter2) {
      for (var value of iter1) {
        yield value;
      }
      for (var value of iter2) {
        yield value;
      }
    }

es6支持这样的简写方式:

function* concat(iter1, iter2) {
      yield* iter1;
      yield* iter2;
    }

普通yield表达式只生成一个值,而yield*表达式可以通过迭代器进行迭代生成所有的值。

这个语法也可以用来解决另一个有趣的问题:在生成器中调用生成器。在普通函数中,我们可以从将一个函数重构为另一个函数并保留所有行为。很显然我们也想重构生成器,但我们需要一种调用提取出来的子例程的方法,我们还需要确保,子例程能够生成之前生成的每一个值。yield*可以帮助我们实现这一目标。

function* factoredoutchunkofcode() { ... }
    function* refactoredfunction() {
      ...
      yield* factoredoutchunkofcode();
      ...
    }

考虑一下这样一个场景:一个黄铜机器人将子任务委托给另一个机器人,函数对组织同步代码来说至关重要,所以这种思想可以使基于生成器特性的大型项目保持简洁有序。

   6.  退场

好啦,这就是有关生成器的全部内容!我希望你如我般享受,很高兴回来。

下一篇文章,我们会讨论另一种令人兴奋的特性,它是在ES6中加入的一种全新的对象,它很微妙,又很复杂,你可能到最后都不知道自己一直在使用这一特性。下一次请记得回来,我们一起深入浅出ES6代理(proxy)。


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