ES6标准入门(第 3 版)
16.10 Generator函数的含义
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ECMAScript 6 简介

let 和 const 命令

变量的解构赋值

字符串的扩展

正则的扩展

数值的扩展

函数的扩展

数组的扩展

对象的扩展

Symbol

Set 和 Map 数据结构

Proxy

Reflect对象

Promise对象

Iterator 和 for...of 循环

Generator函数语法

ES6 什么是Generator函数

ES6 next 方法的参数

ES6 for...of 循环

ES6 Generator.prototype.throw()方法

ES6 Generator.prototype.return()方法

next()方法、throw()方法、return()方法的共同点

ES6 yield表达式

ES6 作为对象属性的 Generator函数

ES6 Generator函数的this

Generator函数的含义

Generator 与状态机

Generator 是实现状态机的最佳结构。比如,下面的clock函数就是一个状态机。

var ticking = true;
var clock = function() {
  if (ticking)
    console.log('Tick!');
  else
    console.log('Tock!');
  ticking = !ticking;
}

上面代码的clock函数一共有两种状态(TickTock),每运行一次,就改变一次状态。这个函数如果用 Generator 实现,就是下面这样。

var clock = function* () {
  while (true) {
    console.log('Tick!');
    yield;
    console.log('Tock!');
    yield;
  }
};

上面的 Generator 实现与 ES5 实现对比,可以看到少了用来保存状态的外部变量ticking,这样就更简洁,更安全(状态不会被非法篡改)、更符合函数式编程的思想,在写法上也更优雅。Generator 之所以可以不用外部变量保存状态,是因为它本身就包含了一个状态信息,即目前是否处于暂停态。

Generator 与协程

协程(coroutine)是一种程序运行的方式,可以理解成“协作的线程”或“协作的函数”。协程既可以用单线程实现,也可以用多线程实现。前者是一种特殊的子例程,后者是一种特殊的线程。

(1)协程与子例程的差异

传统的“子例程”(subroutine)采用堆栈式“后进先出”的执行方式,只有当调用的子函数完全执行完毕,才会结束执行父函数。协程与其不同,多个线程(单线程情况下,即多个函数)可以并行执行,但是只有一个线程(或函数)处于正在运行的状态,其他线程(或函数)都处于暂停态(suspended),线程(或函数)之间可以交换执行权。也就是说,一个线程(或函数)执行到一半,可以暂停执行,将执行权交给另一个线程(或函数),等到稍后收回执行权的时候,再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的线程(或函数),就称为协程。

从实现上看,在内存中,子例程只使用一个栈(stack),而协程是同时存在多个栈,但只有一个栈是在运行状态,也就是说,协程是以多占用内存为代价,实现多任务的并行。

(2)协程与普通线程的差异

不难看出,协程适合用于多任务运行的环境。在这个意义上,它与普通的线程很相似,都有自己的执行上下文、可以分享全局变量。它们的不同之处在于,同一时间可以有多个线程处于运行状态,但是运行的协程只能有一个,其他协程都处于暂停状态。此外,普通的线程是抢先式的,到底哪个线程优先得到资源,必须由运行环境决定,但是协程是合作式的,执行权由协程自己分配。

由于 JavaScript 是单线程语言,只能保持一个调用栈。引入协程以后,每个任务可以保持自己的调用栈。这样做的最大好处,就是抛出错误的时候,可以找到原始的调用栈。不至于像异步操作的回调函数那样,一旦出错,原始的调用栈早就结束。

Generator函数是 ES6 对协程的实现,但属于不完全实现。Generator函数被称为“半协程”(semi-coroutine),意思是只有 Generator函数的调用者,才能将程序的执行权还给 Generator函数。如果是完全执行的协程,任何函数都可以让暂停的协程继续执行。

如果将 Generator函数当作协程,完全可以将多个需要互相协作的任务写成 Generator函数,它们之间使用yield表示式交换控制权。

Generator 与上下文

JavaScript 代码运行时,会产生一个全局的上下文环境(context,又称运行环境),包含了当前所有的变量和对象。然后,执行函数(或块级代码)的时候,又会在当前上下文环境的上层,产生一个函数运行的上下文,变成当前(active)的上下文,由此形成一个上下文环境的堆栈(context stack)。

这个堆栈是“后进先出”的数据结构,最后产生的上下文环境首先执行完成,退出堆栈,然后再执行完成它下层的上下文,直至所有代码执行完成,堆栈清空。

Generator函数不是这样,它执行产生的上下文环境,一旦遇到yield命令,就会暂时退出堆栈,但是并不消失,里面的所有变量和对象会冻结在当前状态。等到对它执行next命令时,这个上下文环境又会重新加入调用栈,冻结的变量和对象恢复执行。

function *gen() {
  yield 1;
  return 2;
}

let g = gen();

console.log(
  g.next().value,
  g.next().value,
);

上面代码中,第一次执行g.next()时,Generator函数gen的上下文会加入堆栈,即开始运行gen内部的代码。等遇到yield 1时,gen上下文退出堆栈,内部状态冻结。第二次执行g.next()时,gen上下文重新加入堆栈,变成当前的上下文,重新恢复执行。

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