Конструкция async/await в JavaScript: сильные стороны, подводные камни и особенности использования

Конструкция async/await появилась в стандарте ES7. Её можно считать замечательным улучшением в сфере асинхронного программирования на JavaScript. Она позволяет писать код, который выглядит как синхронный, но используется для решения асинхронных задач и не блокирует главный поток. Несмотря на то, что async/await — это отличная новая возможность языка, пользоваться ей правильно не так уж и просто. Материал, перевод которого мы публикуем сегодня, посвящён разностороннему исследованию async/await и рассказу о том, как использовать этот механизм правильно и эффективно.

Сильные стороны async/await

Самое важное преимущество, которое получает программист, пользующийся конструкцией async/await, заключается в том, что она даёт возможность писать асинхронный код в стиле, характерном для синхронного кода. Сравним код, написанный с использованием async/await, и код, основанный на промисах.

// async/await
async getBooksByAuthorWithAwait(authorId) {
  const books = await bookModel.fetchAll();
  return books.filter(b => b.authorId === authorId);
}
// промис
getBooksByAuthorWithPromise(authorId) {
  return bookModel.fetchAll()
    .then(books => books.filter(b => b.authorId === authorId));
}

Несложно заметить, что async/await-версия примера получилась более понятной, чем его вариант, в котором использован промис. Если не обращать внимания на ключевое слово await, этот код будет выглядеть как обычный набор инструкций, выполняемых синхронно — как в привычном JavaScript или в любом другом синхронном языке вроде Python.

Привлекательность async/await обеспечивается не только улучшением читабельности кода. Этот механизм, кроме того, пользуется отличной поддержкой браузеров, не требующей каких-либо обходных путей. Так, на сегодняшний день асинхронные функции полностью поддерживают все основные браузеры.

Все основные браузеры поддерживают асинхронные функции (caniuse.com)

Такой уровень поддержки означает, например, что код, использующий async/await, не нужно транспилировать. Кроме того, это облегчает отладку, что, пожалуй, даже более важно, чем отсутствие необходимости в транспиляции.

На следующем рисунке показан процесс отладки асинхронной функции. Здесь, при установке точки останова на первой инструкции функции и при выполнении команды Step Over, когда отладчик доходит до строки, в которой использовано ключевое слово await, можно заметить, как отладчик ненадолго приостанавливается, ожидая окончания работы функции bookModel.fetchAll(), а затем переходит к строке, где вызывается команда .filter()! Такой отладочный процесс выглядит куда проще, чем отладка промисов. Тут, при отладке аналогичного кода, пришлось бы устанавливать ещё одну точку останова в строке .filter().


Отладка асинхронной функции. Отладчик дождётся выполнения await-строки и перейдёт на следующую строку после завершения операции

Ещё одна сильная сторона рассматриваемого механизма, которая менее очевидна чем то, что мы уже рассмотрели, заключается в наличии здесь ключевого слова async. В нашем случае его использование гарантирует то, что значение, возвращаемое функцией getBooksByAuthorWithAwait() будет промисом. В результате в коде, вызывающем эту функцию, можно безопасно воспользоваться конструкцией getBooksByAuthorWithAwait().then(...) или await getBooksByAuthorWithAwait(). Поразмыслите над следующим примером (учтите, что так делать не рекомендуется):

getBooksByAuthorWithPromise(authorId) {
  if (!authorId) {
    return null;
  }
  return bookModel.fetchAll()
    .then(books => books.filter(b => b.authorId === authorId));
  }
}

Здесь функция getBooksByAuthorWithPromise() может, если всё нормально, вернуть промис, или, если что-то пошло не так — null. В результате, если произошла ошибка, здесь нельзя безопасно вызвать .then(). При объявлении функций с использованием ключевого слова async ошибки подобного рода невозможны.

О неправильном восприятии async/await

В некоторых публикациях конструкцию async/await сравнивают с промисами и говорят о том, что она представляет собой новое поколении эволюции асинхронного программирования на JavaScript. С этим я, при всём уважении к авторам таких публикаций, позволю себе не согласиться. Async/await — это улучшение, но это — не более чем «синтаксический сахар», появление которого не ведёт к полному изменению стиля программирования.

В сущности, асинхронные функции — это промисы. Перед тем, как программист сможет правильно использовать конструкцию async/await, он должен хорошо изучить промисы. Кроме того, в большинстве случаев, работая с асинхронными функциями, нужно использовать и промисы.

Взгляните на функции getBooksByAuthorWithAwait() и getBooksByAuthorWithPromises() из вышеприведённого примера. Обратите внимание на то, что они идентичны не только в плане функционала. У них ещё и совершенно одинаковые интерфейсы.

Всё это значит, что, если вызвать напрямую функцию getBooksByAuthorWithAwait(), она вернёт промис.

На самом деле, суть проблемы, о которой мы тут говорим, заключается в неправильном восприятии новой конструкции, когда создаётся обманчивое ощущение того, что синхронную функцию можно конвертировать в асинхронную благодаря простому использованию ключевых слов async и await и ни о чём больше не задумываться.

Подводные камни async/await

Поговорим о наиболее распространённых ошибках, которые можно сделать, пользуясь async/await. В частности — о нерациональном использовании последовательных вызовов асинхронных функций.

Хотя ключевое слово await может сделать код похожим на синхронный, пользуясь им, стоит помнить о том, что код это асинхронный, а значит, надо очень внимательно относиться к последовательным вызовом асинхронных функций.

async getBooksAndAuthor(authorId) {
  const books = await bookModel.fetchAll();
  const author = await authorModel.fetch(authorId);
  return {
    author,
    books: books.filter(book => book.authorId === authorId),
  };
}

Этот код, с точки зрения логики, кажется правильным. Однако тут имеется серьёзная проблема. Вот как он работает.

1. Система вызывает await bookModel.fetchAll() и ждёт завершения команды .fetchAll().
2. После получения результата от bookModel.fetchAll() будет выполнен вызов await authorModel.fetch(authorId).

Обратите внимание на то, что вызов authorModel.fetch(authorId) не зависит от результатов вызова bookModel.fetchAll(), и, на самом деле, эти две команды можно выполнять параллельно. Однако использование await приводит к тому, что два этих вызова выполняются последовательно. Общее время последовательного выполнения этих двух команд будет больше, чем время их параллельного выполнения.

Вот правильный подход к написанию такого кода:

async getBooksAndAuthor(authorId) {
  const bookPromise = bookModel.fetchAll();
  const authorPromise = authorModel.fetch(authorId);
  const book = await bookPromise;
  const author = await authorPromise;
  return {
    author,
    books: books.filter(book => book.authorId === authorId),
  };
}

Рассмотрим ещё один пример неправильного использования асинхронных функций. Тут всё ещё хуже, чем в предыдущем примере. Как видите, для того, чтобы асинхронно загрузить список неких элементов, нам надо полагаться на возможности промисов.

async getAuthors(authorIds) {
  // Неправильный подход, вызовы будут выполнены последовательно
  // const authors = _.map(
  //   authorIds,
  //   id => await authorModel.fetch(id));
// Правильный подход
  const promises = _.map(authorIds, id => authorModel.fetch(id));
  const authors = await Promise.all(promises);
}

Если в двух словах, то, для того, чтобы грамотно пользоваться асинхронными функциями, нужно, как и во времена, когда этой возможности не было, сначала подумать об асинхронном выполнении операций, а потом уже писать код с применением await. В сложных случаях, вероятно, легче будет просто напрямую использовать промисы.

Обработка ошибок

При использовании промисов выполнение асинхронного кода может завершиться либо так, как ожидается — тогда говорят об успешном разрешении промиса, либо с ошибкой — тогда говорят о том, что промис отклонён. Это даёт нам возможность использовать, соответственно, .then() и .catch(). Однако, обработка ошибок при использовании механизма async/await может оказаться непростым делом.

▍Конструкция try/catch

Стандартным способом для обработки ошибок при использовании async/await является конструкция try/catch. Я рекомендую пользоваться именно этим подходом. При выполнении await-вызова значение, выдаваемое при отклонении промиса, представляется в виде исключения. Вот пример:

class BookModel {
  fetchAll() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      window.setTimeout(() => { reject({'error': 400}) }, 1000);
    });
  }
}
// async/await
async getBooksByAuthorWithAwait(authorId) {
try {
  const books = await bookModel.fetchAll();
} catch (error) {
  console.log(error);    // { "error": 400 }
}

Ошибка, перехваченная в блоке catch — это как раз и есть значение, получающееся при отклонении промиса. После перехвата исключения мы можем применить несколько подходов для работы с ним:

• Можно обработать исключение и вернуть нормальное значение. Если не использовать выражение return в блоке catch для возврата того, что ожидается после выполнения асинхронной функции, это будет эквивалентно использованию команды return undefined;.
• Можно просто передать ошибку в место вызова кода, который дал сбой, и позволить обработать её там. Можно выбросить ошибку напрямую, воспользовавшись командой наподобие throw error;, что позволит использовать функцию async getBooksByAuthorWithAwait() в цепочке промисов. То есть, вызывать её можно будет, пользуясь конструкцией getBooksByAuthorWithAwait().then(...).catch(error => ...). Кроме того, можно обернуть ошибку в объект Error, что может выглядеть как throw new Error(error). Это позволит, например, при выводе сведений об ошибке в консоль, просмотреть полный стек вызовов.
• Ошибку можно представить в виде отклонённого промиса, выглядит это как return Promise.reject(error). В данном случае это эквивалентно команде throw error, делать так не рекомендуется.

Вот преимущества применения конструкции try/catch:

• Подобные средства обработки ошибок существуют в программировании уже очень давно, они просты и понятны. Скажем, если у вас есть опыт программирования на других языках, вроде C++ или Java, то вы без проблем поймёте устройство try/catch в JavaScript.
• В один блок try/catch можно помещать несколько await-вызовов, что позволяет обрабатывать все ошибки в одном месте в том случае, если нет необходимости раздельно обрабатывать ошибки на каждом шаге выполнения кода.

Надо отметить, что в механизме try/catch есть один недостаток. Так как try/catch перехватывает любые исключения, возникающие в блоке try, в обработчик catch попадут и те исключения, которые не относятся к промисам. Взгляните на этот пример.

class BookModel {
  fetchAll() {
    cb();    // обратите внимание на то, что функция `cb` не определена, что приведёт к исключению
    return fetch('/books');
  }
}
try {
  bookModel.fetchAll();
} catch(error) {
  console.log(error);  // Тут будет выдано сообщение об ошибке "cb is not defined"
}

Если выполнить этот код, можно увидеть в консоли сообщение об ошибке ReferenceError: cb is not defined. Это сообщение выведено командой console.log() из блока catch, а не самим JavaScript. В некоторых случаях такие ошибки приводят к тяжёлым последствиям. Например, если вызов bookModel.fetchAll(); запрятан глубоко в серии вызовов функций и один из вызовов «проглотит» ошибку, такую ошибку будет очень сложно обнаружить.

▍Возврат функциями двух значений

Источником вдохновения для следующего способа обработки ошибок в асинхронном коде стал язык Go. Он позволяет асинхронным функциям возвращать и ошибку, и результат. Подробнее об этом можно почитать здесь.

Если в двух словах, то асинхронные функции, при таком подходе, можно использовать так:

[err, user] = await to(UserModel.findById(1));

Лично мне это не нравится, так как этот способ обработки ошибок привносит в JavaScript стиль программирования на Go, что выглядит неестественно, хотя, в некоторых случаях, это может оказаться весьма полезным.

▍Использование .catch

Последний способ обработки ошибок, о котором мы поговорим, заключается в использовании .catch().

Вспомните о том, как работает await. А именно, использование этот ключевого слова приводит к тому, что система ждёт до тех пор, пока промис не завершит свою работу. Кроме того, вспомните о том, что команда вида promise.catch() тоже возвращает промис. Всё это говорит о том, что обрабатывать ошибки асинхронных функций можно так:

// books будет равно undefined если произойдёт ошибка,
// так как обработчик catch ничего явно не возвращает
let books = await bookModel.fetchAll()
  .catch((error) => { console.log(error); });

Для этого подхода характерны две небольших проблемы:

• Это — смесь промисов и асинхронных функций. Для того чтобы этим пользоваться, надо, как и в других подобных случаях, понимать особенности работы промисов.
• Этот подход не отличается интуитивной понятностью, так как обработка ошибок выполняется в необычном месте.

Итоги

Конструкция async/await, которая появилась в ES7, определённо, является улучшением механизмов асинхронного программирования в JavaScript. Она способна облегчить чтение и отладку кода. Однако, для того, чтобы пользоваться async/await правильно, необходимо глубокое понимание промисов, так как async/await — это всего лишь «синтаксический сахар», в основе которого лежат промисы.

Надеемся, этот материал позволил вам ближе познакомиться с async/await, и то, что вы тут узнали, убережёт вас от некоторых распространённых ошибок, возникающих при использовании этой конструкции.

Уважаемые читатели! Пользуетесь ли вы конструкцией async/await в JavaScript? Если да — просим рассказать о том, как вы обрабатываете ошибки в асинхронном коде.