JS `Continuations` (`Call/CC` 概念) 与 `async/await` 的关联

各位朋友,晚上好!我是你们的老朋友,今晚我们来聊聊 JavaScript 里的两个听起来有点玄乎,但实际上很有趣的概念:Continuations (也就是 Call/CC) 和 async/await。

首先,我知道很多人一听到 "Continuations" 就开始头疼,感觉像在看天书。别怕,咱们先把它拆解一下,然后你会发现它其实没那么可怕。

Continuations:时间暂停术!

想象一下,你正在做一道复杂的数学题,做到一半突然被打断,需要去接个电话。接完电话回来,你得重新回忆刚才做到哪一步了,挺麻烦的对吧?

Continuations 就像一个魔法,它能把你在做题做到一半的状态(包括你脑子里想的,手里的草稿,等等)打包保存起来。等你接完电话回来,只需要一个咒语,就能立刻回到之前的状态,继续做题,就像时间暂停了一样!

在编程世界里,“状态” 指的是程序的运行环境,包括变量的值、调用栈、程序计数器等等。Continuations 允许我们捕获程序在某个特定点的状态,然后随时回到这个状态继续执行。

更具体地说,一个 Continuation 是程序执行到某个特定点之后,剩余计算的抽象表示。 听起来还是有点晕? 没关系,我们先看一个简单的例子。

function continuationExample(callback) {
  console.log("开始执行...");
  callback();
  console.log("执行结束!");
}

continuationExample(() => {
  console.log("这是 continuation 的一部分...");
});

// 输出:
// 开始执行...
// 这是 continuation 的一部分...
// 执行结束!

在这个简单的例子里,() => { console.log("这是 continuation 的一部分..."); } 就是一个简单的 continuation。 continuationExample 函数在执行到 callback() 的时候,会执行这个 continuation,然后继续执行后面的代码。

Call/CC:Continuation 的调用者!

Call/CC ("Call with Current Continuation") 是一种编程结构,它允许我们显式地访问和操作当前的 continuation。 换句话说,Call/CC 就像是那个施展 “时间暂停术” 的魔法师,它能把当前程序的状态打包成一个 continuation 对象,并把这个对象传递给一个函数。

这个函数可以做任何事情,包括:

  • 直接使用这个 continuation 对象,恢复到之前的状态。
  • 忽略这个 continuation 对象,让程序继续正常执行。
  • 把这个 continuation 对象保存起来,以后再用。

JavaScript 本身并没有原生的 Call/CC 实现,但我们可以用一些技巧来模拟它的行为。 举个例子,使用 try...catch 结构,可以模拟一部分 Call/CC 的功能:

function callCCExample() {
  try {
    throw function(k) { // k 就是 continuation
      console.log("捕获到 continuation!");
      k("从 continuation 返回的值"); // 恢复到 throw 语句之后的状态,并传递一个值
    };
  } catch (k) {
    let result = k("初始值");
    console.log("从 continuation 恢复,结果是:", result);
  }
  console.log("程序继续执行...");
}

callCCExample();

// 输出:
// 捕获到 continuation!
// 从 continuation 恢复,结果是: 从 continuation 返回的值
// 程序继续执行...

在这个例子里,throw function(k) { ... } 实际上创建了一个 continuation。 当 throw 语句被执行的时候,JavaScript 引擎会捕获当前的执行状态,并把一个函数 k (代表 continuation) 传递给 catch 块。 catch 块里的代码可以调用 k 来恢复到 throw 语句之后的状态。

这个例子可能看起来有点绕,但它展示了 Call/CC 的基本思想: 我们可以显式地访问和操作当前的 continuation,从而实现一些非常强大的控制流操作。

async/await:Continuation 的轻量级实现!

现在,我们来聊聊 async/await。 async/await 是 JavaScript 中处理异步操作的一种非常优雅的方式。 它允许我们像编写同步代码一样编写异步代码,大大提高了代码的可读性和可维护性。

你有没有想过,async/await 的底层原理是什么? 答案是:Continuations!

当我们使用 await 关键字的时候,实际上是在暂停当前函数的执行,并等待一个 Promise 对象 resolve。 这个暂停的过程,实际上就是创建了一个 continuation。 当 Promise 对象 resolve 的时候,JavaScript 引擎会恢复之前暂停的函数,并继续执行。

我们可以把 async/await 看作是 Continuations 的一种轻量级实现。 它隐藏了 Continuations 的底层细节,让我们能够更方便地处理异步操作。

让我们看一个简单的例子:

async function asyncAwaitExample() {
  console.log("开始执行 async 函数...");
  let result = await new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve("Promise resolve!");
    }, 1000);
  });
  console.log("Promise resolve,结果是:", result);
  console.log("async 函数执行结束!");
}

asyncAwaitExample();

// 输出 (大约 1 秒后):
// 开始执行 async 函数...
// Promise resolve,结果是: Promise resolve!
// async 函数执行结束!

在这个例子里,当我们执行到 await 语句的时候,asyncAwaitExample 函数会被暂停执行。 JavaScript 引擎会创建一个 continuation,保存当前函数的状态。 当 setTimeout 里的 resolve 函数被调用的时候,Promise 对象 resolve,JavaScript 引擎会恢复之前暂停的 asyncAwaitExample 函数,并把 Promise 的结果赋值给 result 变量。

Continuations vs async/await:异同点对比

特性 Continuations (Call/CC) async/await
适用场景 通用控制流,非局部控制 异步编程
复杂程度 较高 较低
语言支持 JavaScript 原生不支持 JavaScript 原生支持
底层原理 程序状态的显式操作 基于 Promise 的 continuation 机制
代码可读性 较低 较高
灵活性 很高 相对较低

可以看到,Continuations 是一种更底层的、更通用的控制流机制。 它可以实现一些非常强大的功能,比如异常处理、迭代器、协程等等。 但是,Continuations 的使用也比较复杂,容易出错。

async/await 则是 Continuations 的一种简化版本,专门用于处理异步操作。 它隐藏了 Continuations 的底层细节,提供了更简洁、更易用的 API。

Continuation 的应用场景

虽然 JavaScript 没有原生的 Call/CC,但是 Continuation 的概念仍然可以在很多场景下发挥作用:

  • 异常处理: 可以使用 Continuation 来实现更灵活的异常处理机制,比如在异常发生时,可以跳转到程序的某个特定点继续执行。
  • 迭代器: 可以使用 Continuation 来实现自定义的迭代器,控制迭代过程中的状态。
  • 协程: 可以使用 Continuation 来实现协程,在多个任务之间进行切换,提高程序的并发性。
  • 状态管理: 在一些复杂的状态机实现中,Continuations 可以帮助我们更好地管理状态之间的转换。

总结

Continuations 是一种强大的控制流机制,它允许我们捕获和操作程序的执行状态。 async/await 是 Continuations 的一种轻量级实现,专门用于处理异步操作。 理解 Continuations 的概念,可以帮助我们更深入地理解 async/await 的底层原理,并更好地利用它们来编写高效、可维护的 JavaScript 代码。

虽然 Continuations 听起来有点玄乎,但只要我们把它拆解成一个个小的概念,并结合实际的例子进行理解,就会发现它其实并没有那么可怕。

希望今天的讲座对大家有所帮助! 谢谢大家! 我是你们的老朋友,下次再见!

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