ES6 入门教程 20 Generator 函数的异步应用 20.4 Thunk 函数

ES6 入门教程

ECMAScript 6 入门

作者：阮一峰

本文仅用于学习记录，不存在任何商业用途，如侵删

20 Generator 函数的异步应用

异步编程对 JavaScript 语言太重要。

JavaScript 语言的执行环境是“单线程”的，如果没有异步编程，根本没法用，非卡死不可。

20.4 Thunk 函数

Thunk 函数是自动执行 Generator 函数的一种方法。

20.4.1 参数的求值策略

Thunk 函数早在上个世纪 60 年代就诞生了。

那时，编程语言刚刚起步，计算机学家还在研究，编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略"，即函数的参数到底应该何时求值。

var x = 1;

function f(m) {
  return m * 2;
}

f(x + 5)
1
2
3
4
5
6
7

上面代码先定义函数f，然后向它传入表达式x + 5。请问，这个表达式应该何时求值？

• 一种意见是"传值调用"（call by value），即在进入函数体之前，就计算x + 5的值（等于 6），再将这个值传入函数f。C 语言就采用这种策略。

  f(x + 5)
  // 传值调用时，等同于
  f(6)
  1
  2
  3

• 另一种意见是“传名调用”（call by name），即直接将表达式x + 5传入函数体，只在用到它的时候求值。Haskell 语言采用这种策略。

  f(x + 5)
  // 传名调用时，等同于
  (x + 5) * 2
  1
  2
  3

【传值调用和传名调用，哪一种比较好？】

回答是各有利弊。传值调用比较简单，但是对参数求值的时候，实际上还没用到这个参数，有可能造成性能损失。

function f(a, b){
  return b;
}

f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);
1
2
3
4
5

上面代码中，函数f的第一个参数是一个复杂的表达式，但是函数体内根本没用到。对这个参数求值，实际上是不必要的。

因此，有一些计算机学家倾向于"传名调用"，即只在执行时求值。

20.4.2 Thunk 函数的含义

编译器的“传名调用”实现，往往是将参数放到一个临时函数之中，再将这个临时函数传入函数体。

这个临时函数就叫做 Thunk 函数。

function f(m) {
  return m * 2;
}

f(x + 5);

// 等同于

var thunk = function () {
  return x + 5;
};

function f(thunk) {
  return thunk() * 2;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

上面代码中，函数 f 的参数x + 5被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方，对Thunk函数求值即可。

这就是 Thunk 函数的定义，它是“传名调用”的一种实现策略，用来替换某个表达式。

20.4.3 JavaScript 语言的 Thunk 函数

JavaScript 语言是传值调用，它的 Thunk 函数含义有所不同。

在 JavaScript 语言中，Thunk 函数替换的不是表达式，而是多参数函数，将其替换成一个只接受回调函数作为参数的单参数函数。

// 正常版本的readFile（多参数版本）
fs.readFile(fileName, callback);

// Thunk版本的readFile（单参数版本）
var Thunk = function (fileName) {
  return function (callback) {
    return fs.readFile(fileName, callback);
  };
};

var readFileThunk = Thunk(fileName);
readFileThunk(callback);
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

上面代码中，fs模块的readFile方法是一个多参数函数，两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理，它变成了一个单参数函数，只接受回调函数作为参数。这个单参数版本，就叫做 Thunk 函数。

任何函数，只要参数有回调函数，就能写成 Thunk 函数的形式。

下面是一个简单的 Thunk 函数转换器。

// ES5版本
var Thunk = function(fn){
  return function (){
    var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
    return function (callback){
      args.push(callback);
      return fn.apply(this, args);
    }
  };
};

// ES6版本
const Thunk = function(fn) {
  return function (...args) {
    return function (callback) {
      return fn.call(this, ...args, callback);
    }
  };
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

使用上面的转换器，生成fs.readFile的 Thunk 函数。

var readFileThunk = Thunk(fs.readFile);
readFileThunk(fileA)(callback);
1
2

下面是另一个完整的例子。

function f(a, cb) {
  cb(a);
}
const ft = Thunk(f);

ft(1)(console.log) // 1
1
2
3
4
5
6

20.4.4 Thunkify 模块

生产环境的转换器，建议使用 Thunkify 模块。

首先是安装。

npm install thunkify
1

使用方式如下

var thunkify = require('thunkify');
var fs = require('fs');

var read = thunkify(fs.readFile);
read('package.json')(function(err, str){
  // ...
});
1
2
3
4
5
6
7

Thunkify 的源码与上面的简单的转换器非常像。

function thunkify(fn) {
  return function() {
    var args = new Array(arguments.length);
    var ctx = this;

    for (var i = 0; i < args.length; ++i) {
      args[i] = arguments[i];
    }

    return function (done) {
      var called;

      args.push(function () {
        if (called) return;
        called = true;
        done.apply(null, arguments);
      });

      try {
        fn.apply(ctx, args);
      } catch (err) {
        done(err);
      }
    }
  }
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

它的源码主要多了一个检查机制，变量called确保回调函数只运行一次。

这样的设计与下文的 Generator 函数相关。

function f(a, b, callback){
  var sum = a + b;
  callback(sum);
  callback(sum);
}

var ft = thunkify(f);
var print = console.log.bind(console);
ft(1, 2)(print);
// 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

上面代码中，由于thunkify只允许回调函数执行一次，所以只输出一行结果。

20.4.5 Generator 函数的流程管理

Thunk 函数有什么用？回答是以前确实没什么用，但是 ES6 有了 Generator 函数，Thunk 函数现在可以用于 Generator 函数的自动流程管理。

Generator 函数可以自动执行。

function* gen() {
  // ...
}

var g = gen();
var res = g.next();

while(!res.done){
  console.log(res.value);
  res = g.next();
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

上面代码中，Generator 函数gen会自动执行完所有步骤。

但是，这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完，才能执行后一步，上面的自动执行就不可行。这时，Thunk 函数就能派上用处。以读取文件为例。

下面的 Generator 函数封装了两个异步操作。

var fs = require('fs');
var thunkify = require('thunkify');
var readFileThunk = thunkify(fs.readFile);

var gen = function* (){
  var r1 = yield readFileThunk('/etc/fstab');
  console.log(r1.toString());
  var r2 = yield readFileThunk('/etc/shells');
  console.log(r2.toString());
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

上面代码中，yield命令用于将程序的执行权移出 Generator 函数，那么就需要一种方法，将执行权再交还给 Generator 函数。

这种方法就是 Thunk 函数，因为它可以在回调函数里，将执行权交还给 Generator 函数。

为了便于理解，我们先看如何手动执行上面这个 Generator 函数。

var g = gen();

var r1 = g.next();
r1.value(function (err, data) {
  if (err) throw err;
  var r2 = g.next(data);
  r2.value(function (err, data) {
    if (err) throw err;
    g.next(data);
  });
});
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

上面代码中，变量g是 Generator 函数的内部指针，表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步，并返回该步的信息（value属性和done属性）。

仔细查看上面的代码，可以发现 Generator 函数的执行过程，其实是将同一个回调函数，反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。

20.4.6 Thunk 函数的自动流程管理

Thunk 函数真正的威力，在于可以自动执行 Generator 函数。

下面就是一个基于 Thunk 函数的 Generator 执行器。

function run(fn) {
  var gen = fn();

  function next(err, data) {
    var result = gen.next(data);
    if (result.done) return;
    result.value(next);
  }

  next();
}

function* g() {
  // ...
}

run(g);
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

上面代码的run函数，就是一个 Generator 函数的自动执行器。内部的next函数就是 Thunk 的回调函数。next函数先将指针移到 Generator 函数的下一步（gen.next方法），然后判断 Generator 函数是否结束（result.done属性），如果没结束，就将next函数再传入 Thunk 函数（result.value属性），否则就直接退出。

有了这个执行器，执行 Generator 函数方便多了。不管内部有多少个异步操作，直接把 Generator 函数传入run函数即可。当然，前提是每一个异步操作，都要是 Thunk 函数，也就是说，跟在yield命令后面的必须是 Thunk 函数。

var g = function* (){
  var f1 = yield readFileThunk('fileA');
  var f2 = yield readFileThunk('fileB');
  // ...
  var fn = yield readFileThunk('fileN');
};

run(g);
1
2
3
4
5
6
7
8

上面代码中，函数g封装了n个异步的读取文件操作，只要执行run函数，这些操作就会自动完成。这样一来，异步操作不仅可以写得像同步操作，而且一行代码就可以执行。

Thunk 函数并不是 Generator 函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是，必须有一种机制，自动控制 Generator 函数的流程，接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点，Promise 对象也可以做到这一点。