Callback Promise Generator Async-Await 和异常处理的演进

根据笔者的项目经验，本文讲解了从函数回调，到 es7 规范的异常处理方式。异常处理的优雅性随着规范的进步越来越高，不要害怕使用 try catch，不能回避异常处理。

我们需要一个健全的架构捕获所有同步、异步的异常。业务方不处理异常时，中断函数执行并启用默认处理，业务方也可以随时捕获异常自己处理。

优雅的异常处理方式就像冒泡事件，任何元素可以自由拦截，也可以放任不管交给顶层处理。

文字讲解仅是背景知识介绍，不包含对代码块的完整解读，不要忽略代码块的阅读。

1. 回调

如果在回调函数中直接处理了异常，是最不明智的选择，因为业务方完全失去了对异常的控制能力。

下方的函数 请求处理 不但永远不会执行，还无法在异常时做额外的处理，也无法阻止异常产生时笨拙的 console.log('请求失败') 行为。

function fetch(callback) {
    setTimeout(() => {
        console.log('请求失败')
    })
}

fetch(() => {
    console.log('请求处理') // 永远不会执行
})

2. 回调，无法捕获的异常

回调函数有同步和异步之分，区别在于对方执行回调函数的时机，异常一般出现在请求、数据库连接等操作中，这些操作大多是异步的。

异步回调中，回调函数的执行栈与原函数分离开，导致外部无法抓住异常。

从下文开始，我们约定用 setTimeout 模拟异步操作

function fetch(callback) {
    setTimeout(() => {
        throw Error('请求失败')
    })
}

try {
    fetch(() => {
        console.log('请求处理') // 永远不会执行
    })
} catch (error) {
    console.log('触发异常', error) // 永远不会执行
}

// 程序崩溃
// Uncaught Error: 请求失败

3. 回调，不可控的异常

我们变得谨慎，不敢再随意抛出异常，这已经违背了异常处理的基本原则。

虽然使用了 error-first 约定，使异常看起来变得可处理，但业务方依然没有对异常的控制权，是否调用错误处理取决于回调函数是否执行，我们无法知道调用的函数是否可靠。

更糟糕的问题是，业务方必须处理异常，否则程序挂掉就会什么都不做，这对大部分不用特殊处理异常的场景造成了很大的精神负担。

function fetch(handleError, callback) {
    setTimeout(() => {
        handleError('请求失败')
    })
}

fetch(() => {
	console.log('失败处理') // 失败处理
}, error => {
	console.log('请求处理') // 永远不会执行
})

番外 Promise 基础

Promise 是一个承诺，只可能是成功、失败、无响应三种情况之一，一旦决策，无法修改结果。

Promise 不属于流程控制，但流程控制可以用多个 Promise 组合实现，因此它的职责很单一，就是对一个决议的承诺。

resolve 表明通过的决议，reject 表明拒绝的决议，如果决议通过，then 函数的第一个回调会立即插入 microtask 队列，异步立即执行。

简单补充下事件循环的知识，js 事件循环分为 macrotask 和 microtask。

microtask 会被插入到每一个 macrotask 的尾部，所以 microtask 总会优先执行，哪怕 macrotask 因为 js 进程繁忙被 hung 住。

比如 setTimeout setInterval 会插入到 macrotask 中。

const promiseA = new Promise((resolve, reject) => {
    resolve('ok')
})
promiseA.then(result => {
    console.log(result) // ok
})

如果决议结果是决绝，那么 then 函数的第二个回调会立即插入 microtask 队列。

const promiseB = new Promise((resolve, reject) => {
    reject('no')
})
promiseB.then(result => {
    console.log(result) // 永远不会执行
}, error => {
    console.log(error) // no
})

如果一直不决议，此 promise 将处于 pending 状态。

const promiseC = new Promise((resolve, reject) => {
	// nothing
})
promiseC.then(result => {
    console.log(result) // 永远不会执行
}, error => {
    console.log(error) // 永远不会执行
})

未捕获的 reject 会传到末尾，通过 catch 接住

const promiseD = new Promise((resolve, reject) => {
    reject('no')
})
promiseD.then(result => {
    console.log(result) // 永远不会执行
}).catch(error => {
    console.log(error) // no
})

resolve 决议会被自动展开（reject 不会）

const promiseE = new Promise((resolve, reject) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        resolve('ok')
    })
})
promiseE.then(result => {
    console.log(result) // ok
})

链式流，then 会返回一个新的 Promise，其状态取决于 then 的返回值。

const promiseF = new Promise((resolve, reject) => {
    resolve('ok')
})
promiseF.then(result => {
    return Promise.reject('error1')
}).then(result => {
    console.log(result) // 永远不会执行
    return Promise.resolve('ok1') // 永远不会执行
}).then(result => {
    console.log(result) // 永远不会执行
}).catch(error => {
    console.log(error) // error1
})

4 Promise 异常处理

不仅是 reject，抛出的异常也会被作为拒绝状态被 Promise 捕获。

function fetch(callback) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        throw Error('用户不存在')
    })
}

fetch().then(result => {
    console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
}).catch(error => {
    console.log('请求处理异常', error) // 请求处理异常 用户不存在
})

5 Promise 无法捕获的异常

但是，永远不要在 macrotask 队列中抛出异常，因为 macrotask 队列脱离了运行上下文环境，异常无法被当前作用域捕获。

function fetch(callback) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
             throw Error('用户不存在')
        })
    })
}

fetch().then(result => {
    console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
}).catch(error => {
    console.log('请求处理异常', error) // 永远不会执行
})

// 程序崩溃
// Uncaught Error: 用户不存在

不过 microtask 中抛出的异常可以被捕获，说明 microtask 队列并没有离开当前作用域，我们通过以下例子来证明：

Promise.resolve(true).then((resolve, reject)=> {
	throw Error('microtask 中的异常')
}).catch(error => {
	console.log('捕获异常', error) // 捕获异常 Error: microtask 中的异常
})

至此，Promise 的异常处理有了比较清晰的答案，只要注意在 macrotask 级别回调中使用 reject，就没有抓不住的异常。

6 Promise 异常追问

如果第三方函数在 macrotask 回调中以 throw Error 的方式抛出异常怎么办？

function thirdFunction() {
    setTimeout(() => {
        throw Error('就是任性')
    })
}

Promise.resolve(true).then((resolve, reject) => {
    thirdFunction()
}).catch(error => {
    console.log('捕获异常', error)
})

// 程序崩溃
// Uncaught Error: 就是任性

值得欣慰的是，由于不在同一个调用栈，虽然这个异常无法被捕获，但也不会影响当前调用栈的执行。

我们必须正视这个问题，唯一的解决办法，是第三方函数不要做这种傻事，一定要在 macrotask 抛出异常的话，请改为 reject 的方式。

function thirdFunction() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            reject('收敛一些')
        })
    })
}

Promise.resolve(true).then((resolve, reject) => {
    return thirdFunction()
}).catch(error => {
    console.log('捕获异常', error) // 捕获异常 收敛一些
})

请注意，如果 return thirdFunction() 这行缺少了 return 的话，依然无法抓住这个错误，这是因为没有将对方返回的 Promise 传递下去，错误也不会继续传递。

我们发现，这样还不是完美的办法，不但容易忘记 return，而且当同时含有多个第三方函数时，处理方式不太优雅：

function thirdFunction() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            reject('收敛一些')
        })
    })
}

Promise.resolve(true).then((resolve, reject) => {
    return thirdFunction().then(() => {
        return thirdFunction()
    }).then(() => {
		return thirdFunction()
    }).then(() => {
    })
}).catch(error => {
    console.log('捕获异常', error)
})

是的，我们还有更好的处理方式。

番外 Generator 基础

generator 是更为优雅的流程控制方式，可以让函数可中断执行:

function* generatorA() {
    console.log('a')
    yield
    console.log('b')
}
const genA = generatorA()
genA.next() // a
genA.next() // b

yield 关键字后面可以包含表达式，表达式会传给 next().value。

next() 可以传递参数，参数作为 yield 的返回值。

这些特性足以孕育出伟大的生成器，我们稍后介绍。下面是这个特性的例子：

function* generatorB(count) {
    console.log(count)
    const result = yield 5
    console.log(result * count)
}
const genB = generatorB(2)
genB.next() // 2
const genBValue = genB.next(7).value // 14
// genBValue undefined

第一个 next 是没有参数的，因为在执行 generator 函数时，初始值已经传入，第一个 next 的参数没有任何意义，传入也会被丢弃。

const result = yield 5

这一句，返回值不是想当然的 5。其的作用是将 5 传递给 genB.next()，其值，由下一个 next genB.next(7) 传给了它，所以语句等于 const result = 7。

最后一个 genBValue，是最后一个 next 的返回值，这个值，就是函数的 return 值，显然为 undefined。

我们回到这个语句：

const result = yield 5

如果返回值是 5，是不是就清晰了许多？是的，这种语法就是 await。所以 Async Await 与 generator 有着莫大的关联，桥梁就是 生成器，我们稍后介绍 生成器。

番外 Async Await

如果认为 Generator 不太好理解，那 Async Await 绝对是救命稻草，我们看看它们的特征：

const timeOut = (time = 0) => new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
        resolve(time + 200)
    }, time)
})

async function main() {
    const result1 = await timeOut(200)
    console.log(result1) // 400
    const result2 = await timeOut(result1)
    console.log(result2) // 600
    const result3 = await timeOut(result2)
    console.log(result3) // 800
}

main()

所见即所得，await 后面的表达式被执行，表达式的返回值被返回给了 await 执行处。

但是程序是怎么暂停的呢？只有 generator 可以暂停程序。那么等等，回顾一下 generator 的特性，我们发现它也可以达到这种效果。

番外 async await 是 generator 的语法糖

终于可以介绍 生成器 了！它可以魔法般将下面的 generator 执行成为 await 的效果。

function* main() {
    const result1 = yield timeOut(200)
    console.log(result1)
    const result2 = yield timeOut(result1)
    console.log(result2)
    const result3 = yield timeOut(result2)
    console.log(result3)
}

下面的代码就是生成器了，生成器并不神秘，它只有一个目的，就是：

所见即所得，yield 后面的表达式被执行，表达式的返回值被返回给了 yield 执行处。

达到这个目标不难，达到了就完成了 await 的功能，就是这么神奇。

function step(generator) {
    const gen = generator()
    // 由于其传值，返回步骤交错的特性，记录上一次 yield 传过来的值，在下一个 next 返回过去
    let lastValue
    // 包裹为 Promise，并执行表达式
    return () => Promise.resolve(gen.next(lastValue).value).then(value => {
        lastValue = value
        return lastValue
    })
}

利用生成器，模拟出 await 的执行效果：

const run = step(main)

function recursive(promise) {
    promise().then(result => {
        if (result) {
            recursive(promise)
        }
    })
}

recursive(run)
// 400
// 600
// 800

可以看出，await 的执行次数由程序自动控制，而回退到 generator 模拟，需要根据条件判断是否已经将函数执行完毕。

7 Async Await 异常

不论是同步、异步的异常，await 都不会自动捕获，但好处是可以自动中断函数，我们大可放心编写业务逻辑，而不用担心异步异常后会被执行引发雪崩：

function fetch(callback) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            reject()
        })
    })
}

async function main() {
    const result = await fetch()
    console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
}

main()

8 Async Await 捕获异常

我们使用 try catch 捕获异常。

认真阅读 Generator 番外篇的话，就会理解为什么此时异步的异常可以通过 try catch 来捕获。

因为此时的异步其实在一个作用域中，通过 generator 控制执行顺序，所以可以将异步看做同步的代码去编写，包括使用 try catch 捕获异常。

function fetch(callback) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            reject('no')
        })
    })
}

async function main() {
    try {
        const result = await fetch()
        console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
    } catch (error) {
        console.log('异常', error) // 异常 no
    }
}

main()

9 Async Await 无法捕获的异常

和第五章 Promise 无法捕获的异常 一样，这也是 await 的软肋，不过任然可以通过第六章的方案解决：

function thirdFunction() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            reject('收敛一些')
        })
    })
}

async function main() {
    try {
        const result = await thirdFunction()
        console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
    } catch (error) {
        console.log('异常', error) // 异常 收敛一些
    }
}

main()

现在解答第六章尾部的问题，为什么 await 是更加优雅的方案：

async function main() {
    try {
        const result1 = await secondFunction() // 如果不抛出异常，后续继续执行
        const result2 = await thirdFunction() // 抛出异常
        const result3 = await thirdFunction() // 永远不会执行
        console.log('请求处理', result) // 永远不会执行
    } catch (error) {
        console.log('异常', error) // 异常 收敛一些
    }
}

main()

10 业务场景

在如今 action 概念成为标配的时代，我们大可以将所有异常处理收敛到 action 中。

我们以如下业务代码为例，默认不捕获错误的话，错误会一直冒泡到顶层，最后抛出异常。

const successRequest = () => Promise.resolve('a')
const failRequest = () => Promise.reject('b')

class Action {
    async successReuqest() {
        const result = await successRequest()
        console.log('successReuqest', '处理返回值', result) // successReuqest 处理返回值 a
    }

    async failReuqest() {
        const result = await failRequest()
        console.log('failReuqest', '处理返回值', result) // 永远不会执行
    }

    async allReuqest() {
        const result1 = await successRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result1) // allReuqest 处理返回值 success a
        const result2 = await failRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result2) // 永远不会执行
    }
}

const action = new Action()
action.successReuqest()
action.failReuqest()
action.allReuqest()

// 程序崩溃
// Uncaught (in promise) b
// Uncaught (in promise) b

为了防止程序崩溃，需要业务线在所有 async 函数中包裹 try catch。

我们需要一种机制捕获 action 最顶层的错误进行统一处理。

为了补充前置知识，我们再次进入番外话题。

番外 Decorator

Decorator 中文名是装饰器，核心功能是可以通过外部包装的方式，直接修改类的内部属性。

装饰器按照装饰的位置，分为 class decorator method decorator 以及 property decorator（目前标准尚未支持，通过 get set 模拟实现）。

Class Decorator

类级别装饰器，修饰整个类，可以读取、修改类中任何属性和方法。

const classDecorator = (target: any) => {
    const keys = Object.getOwnPropertyNames(target.prototype)
    console.log('classA keys,', keys) // classA keys ["constructor", "sayName"]
}

@classDecorator
class A {
    sayName() {
        console.log('classA ascoders')
    }
}
const a = new A()
a.sayName() // classA ascoders

Method Decorator

方法级别装饰器，修饰某个方法，和类装饰器功能相同，但是能额外获取当前修饰的方法名。

为了发挥这一特点，我们篡改一下修饰的函数。

const methodDecorator = (target: any, propertyKey: string, descriptor: PropertyDescriptor) => {
    return {
        get() {
            return () => {
                console.log('classC method override')
            }
        }
    }
}

class C {
    @methodDecorator
    sayName() {
        console.log('classC ascoders')
    }
}
const c = new C()
c.sayName() // classC method override

Property Decorator

属性级别装饰器，修饰某个属性，和类装饰器功能相同，但是能额外获取当前修饰的属性名。

为了发挥这一特点，我们篡改一下修饰的属性值。

const propertyDecorator = (target: any, propertyKey: string | symbol) => {
    Object.defineProperty(target, propertyKey, {
        get() {
            return 'github'
        },
        set(value: any) {
            return value
        }
    })
}

class B {
    @propertyDecorator
    private name = 'ascoders'

    sayName() {
        console.log(`classB ${this.name}`)
    }
}
const b = new B()
b.sayName() // classB github

11 业务场景 统一异常捕获

我们来编写类级别装饰器，专门捕获 async 函数抛出的异常：

const asyncClass = (errorHandler?: (error?: Error) => void) => (target: any) => {
    Object.getOwnPropertyNames(target.prototype).forEach(key => {
        const func = target.prototype[key]
        target.prototype[key] = async (...args: any[]) => {
            try {
                await func.apply(this, args)
            } catch (error) {
                errorHandler && errorHandler(error)
            }
        }
    })
    return target
}

将类所有方法都用 try catch 包裹住，将异常交给业务方统一的 errorHandler 处理：

const successRequest = () => Promise.resolve('a')
const failRequest = () => Promise.reject('b')

const iAsyncClass = asyncClass(error => {
    console.log('统一异常处理', error) // 统一异常处理 b
})

@iAsyncClass
class Action {
    async successReuqest() {
        const result = await successRequest()
        console.log('successReuqest', '处理返回值', result)
    }

    async failReuqest() {
        const result = await failRequest()
        console.log('failReuqest', '处理返回值', result) // 永远不会执行
    }

    async allReuqest() {
        const result1 = await successRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result1)
        const result2 = await failRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result2) // 永远不会执行
    }
}

const action = new Action()
action.successReuqest()
action.failReuqest()
action.allReuqest()

我们也可以编写方法级别的异常处理：

const asyncMethod = (errorHandler?: (error?: Error) => void) => (target: any, propertyKey: string, descriptor: PropertyDescriptor) => {
    const func = descriptor.value
    return {
        get() {
            return (...args: any[]) => {
                return Promise.resolve(func.apply(this, args)).catch(error => {
                    errorHandler && errorHandler(error)
                })
            }
        },
        set(newValue: any) {
            return newValue
        }
    }
}

业务方用法类似，只是装饰器需要放在函数上：

const successRequest = () => Promise.resolve('a')
const failRequest = () => Promise.reject('b')

const asyncAction = asyncMethod(error => {
    console.log('统一异常处理', error) // 统一异常处理 b
})

class Action {
    @asyncAction async successReuqest() {
        const result = await successRequest()
        console.log('successReuqest', '处理返回值', result)
    }

    @asyncAction async failReuqest() {
        const result = await failRequest()
        console.log('failReuqest', '处理返回值', result) // 永远不会执行
    }

    @asyncAction async allReuqest() {
        const result1 = await successRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result1)
        const result2 = await failRequest()
        console.log('allReuqest', '处理返回值 success', result2) // 永远不会执行
    }
}

const action = new Action()
action.successReuqest()
action.failReuqest()
action.allReuqest()

12 业务场景 没有后顾之忧的主动权

我想描述的意思是，在第 11 章这种场景下，业务方是不用担心异常导致的 crash，因为所有异常都会在顶层统一捕获，可能表现为弹出一个提示框，告诉用户请求发送失败。

业务方也不需要判断程序中是否存在异常，而战战兢兢的到处 try catch，因为程序中任何异常都会立刻终止函数的后续执行，不会再引发更恶劣的结果。

像 golang 中异常处理方式，就存在这个问题

通过 err, result := func() 的方式，虽然固定了第一个参数是错误信息，但下一行代码免不了要以 if error {...} 开头，整个程序的业务代码充斥着巨量的不必要错误处理，而大部分时候，我们还要为如何处理这些错误想的焦头烂额。

而 js 异常冒泡的方式，在前端可以用提示框兜底，nodejs端可以返回 500 错误兜底，并立刻中断后续请求代码，等于在所有危险代码身后加了一层隐藏的 return。

同时业务方也握有绝对的主动权，比如登录失败后，如果账户不存在，那么直接跳转到注册页，而不是傻瓜的提示用户帐号不存在，可以这样做：

async login(nickname, password) {
	try {
		const user = await userService.login(nickname, password)
		// 跳转到首页，登录失败后不会执行到这，所以不用担心用户看到奇怪的跳转
	} catch (error) {
		if (error.no === -1) {
			// 跳转到登录页
		} else {
			throw Error(error) // 其他错误不想管，把球继续踢走
		}
	}
}

补充

在 nodejs 端，记得监听全局错误，兜住落网之鱼：

process.on('uncaughtException', (error: any) => {
    logger.error('uncaughtException', error)
})

process.on('unhandledRejection', (error: any) => {
    logger.error('unhandledRejection', error)
})

在浏览器端，记得监听 window 全局错误，兜住漏网之鱼：

window.addEventListener('unhandledrejection', (event: any) => {
    logger.error('unhandledrejection', event)
})
window.addEventListener('onrejectionhandled', (event: any) => {
    logger.error('onrejectionhandled', event)
})

如有错误，欢迎斧正，本人 github 主页：https://github.com/ascoders 希望结交有识之士！