关于协程和 ES6 中的 Generator
什么是协程？
进程和线程
众所周知，进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述，不过是颗粒大小不同，进程是 CPU 资源分配的最小单位，线程是 CPU 调度的最小单位。
其实协程（微线程，纤程，Coroutine）的概念很早就提出来了，可以认为是比线程更小的执行单元，但直到最近几年才在某些语言中得到广泛应用。
那么什么是协程呢？
子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用的，比如 A 调用 B，B 在执行过程中又调用 C，C 执行完毕返回，B 执行完毕返回，最后是 A 执行完毕，显然子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序，子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的；而协程的调用和子程序不同，协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。
我们用一个简单的例子来说明，比如现有程序 A 和 B：
def A():
print '1'
print '2'
print '3'
def B():
print 'x'
print 'y'
print 'z'假设由协程执行，在执行 A 的过程中，可以随时中断，去执行 B，B 也可能在执行过程中中断再去执行 A，结果可能是：
1
2
x
y
3
z但是在 A 中是没有调用 B 的，所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些。看起来 A、B 的执行有点像多线程，但协程的特点在于是一个线程执行，和多线程比协程最大的优势就是协程极高的执行效率，因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显；第二大优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态即可，所以执行效率比多线程高很多。
协程是一种程序组件，是由子例程（过程、函数、例程、方法、子程序）的概念泛化而来的，子例程只有一个入口点且只返回一次，而协程允许多个入口点，可以在指定位置挂起和恢复执行。
- 协程的本地数据在后续调用中始终保持
- 协程在控制离开时暂停执行，当控制再次进入时只能从离开的位置继续执行
解释协程时最常见的就是生产消费者模式：
var q := new queue
coroutine produce
loop
while q is not full
create some new items
add the items to q
yield to consume
coroutine consume
loop
while q is not empty
remove some items from q
use the items
yield to produce
这个例子中容易让人产生疑惑的一点就是 yield 的使用，它与我们通常所见的 yield 指令不同，因为我们常见的 yield 指令大都是基于生成器（Generator）这一概念的。
var q := new queue
generator produce
loop
while q is not full
create some new items
add the items to q
yield consume
generator consume
loop
while q is not empty
remove some items from q
use the items
yield produce
subroutine dispatcher
var d := new dictionary(generator → iterator)
d[produce] := start produce
d[consume] := start consume
var current := produce
loop
current := next d[current]这是基于生成器实现的协程，我们看这里的 produce 与 consume 过程完全符合协程的概念，不难发现根据定义生成器本身就是协程。
“子程序就是协程的一种特例。” —— Donald Knuth
什么是 Generator？
在本文我们使用 ES6 中的 Generators 特性来介绍生成器，它是 ES6 提供的一种异步编程解决方案，语法上首先可以把它理解成是一个状态机，封装多个内部状态，执行 Generator 函数会返回一个遍历器对象，也就是说 Generator 函数除状态机外，还是一个遍历器对象生成函数，返回的遍历器对象可以依次遍历 Generator 函数内部的每一个状态，先看一个简单的例子：
function* quips(name) {
yield "你好 " + name + "!";
yield "希望你能喜欢这篇介绍ES6的译文";
if (name.startsWith("X")) {
yield "你的名字 " + name + " 首字母是X，这很酷！";
}
yield "我们下次再见！";
}这段代码看起来很像一个函数，我们称之为生成器函数，它与普通函数有很多共同点，但是二者有如下区别：
- 普通函数使用 function 声明，而生成器函数使用 function* 声明
- 在生成器函数内部，有一种类似 return 的语法即关键字 yield，二者的区别是普通函数只可以 return 一次，而生成器函数可以 yield 多次，在生成器函数的执行过程中，遇到 yield 表达式立即暂停，并且后续可恢复执行状态
Generator 函数的调用方法与普通函数一样，也是在函数名后面加上一对圆括号，不同的是调用 Generator 函数后，该函数并不执行，返回的也不是函数运行结果，而是一个指向内部状态的指针对象
当调用 quips() 生成器函数时发生什么？
> var iter = quips("jorendorff");
[object Generator]
> iter.next()
{ value: "你好 jorendorff!", done: false }
> iter.next()
{ value: "希望你能喜欢这篇介绍ES6的译文", done: false }
> iter.next()
{ value: "我们下次再见！", done: false }
> iter.next()
{ value: undefined, done: true }每当生成器执行 yield 语句时，生成器的堆栈结构（本地变量、参数、临时值、生成器内部当前的执行位置 etc.）被移出堆栈，然而生成器对象保留对这个堆栈结构的引用（备份），所以稍后调用 .next() 可以重新激活堆栈结构并且继续执行。当生成器运行时，它和调用者处于同一线程中，拥有确定的连续执行顺序，永不并发。
遍历器对象的 next 方法的运行逻辑如下：
- 遇到 yield 表达式，就暂停执行后面的操作，并将紧跟在 yield 后面的那个表达式的值，作为返回的对象的 value 属性值
- 下一次调用 next 方法时，再继续往下执行，直到遇到下一个 yield 表达式
- 如果没有再遇到新的 yield 表达式，就一直运行到函数结束，直到 return 语句为止，并将 return 语句后面的表达式的值，作为返回的对象的 value 属性值
- 如果该函数没有 return 语句，则返回的对象的 value 属性值为 undefined
生成器是迭代器！
迭代器是 ES6 中独立的内建类，同时也是语言的一个扩展点，通过实现 [Symbol.iterator]() 和 .next() 两个方法就可以创建自定义迭代器。
// 应该弹出三次 "ding"
for (var value of range(0, 3)) {
alert("Ding! at floor #" + value);
}我们可以使用生成器实现上面循环中的 range 方法：
function* range(start, stop) {
for (var i = start; i < stop; i++)
yield i;
}生成器是迭代器，所有的生成器都有内建 .next() 和 [Symbol.iterator]() 方法的实现，我们只需要编写循环部分的行为即可。
for...of 循环可以自动遍历 Generator 函数时生成的 Iterator 对象，且此时不再需要调用 next 方法。
function* foo() {
yield 1;
yield 2;
yield 3;
yield 4;
yield 5;
return 6;
}
for (let v of foo()) {
console.log(v);
}
// 1 2 3 4 5上面代码使用 for...of 循环，依次显示 5 个 yield 表达式的值。这里需要注意，一旦 next 方法的返回对象的 done 属性为 true，for...of 循环就会中止，且不包含该返回对象，所以上面代码的 return 语句返回的6，不包括在 for...of 循环之中。
下面是一个利用 Generator 函数和 for...of 循环，实现斐波那契数列的例子：
function* fibonacci() {
let [prev, curr] = [0, 1];
for (;;) {
[prev, curr] = [curr, prev + curr];
yield curr;
}
}
for (let n of fibonacci()) {
if (n > 1000) break;
console.log(n);
}除了 for...of 循环以外，扩展运算符（...）、解构赋值和 Array.from 方法内部调用的，都是遍历器接口，这意味着它们都可以将 Generator 函数返回的 Iterator 对象作为参数。
使用 Generator 实现生产消费者模式
function producer(c) {
c.next();
let n = 0;
while (n < 5) {
n++;
console.log(`[PRODUCER] Producing ${n}`);
const { value: r } = c.next(n);
console.log(`[PRODUCER] Consumer return: ${r}`);
}
c.return();
}
function* consumer() {
let r = '';
while (true) {
const n = yield r;
if (!n) return;
console.log(`[CONSUMER] Consuming ${n}`);
r = '200 OK';
}
}
const c = consumer();
producer(c);[PRODUCER] Producing 1
[CONSUMER] Consuming 1
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2
[CONSUMER] Consuming 2
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3
[CONSUMER] Consuming 3
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4
[CONSUMER] Consuming 4
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5
[CONSUMER] Consuming 5
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[Finished in 0.1s]异步流程控制
ES6 诞生以前，异步编程的方法大概有下面四种：
- 回调函数
- 事件监听
- 发布/订阅
- Promise 对象
想必大家都经历过同样的问题，在异步流程控制中会使用大量的回调函数，甚至出现多个回调函数嵌套导致的情况，代码不是纵向发展而是横向发展，很快就会乱成一团无法管理，因为多个异步操作形成强耦合，只要有一个操作需要修改，它的上层回调函数和下层回调函数，可能都要跟着修改，这种情况就是我们常说的"回调函数地狱"。
Promise 对象就是为了解决这个问题而提出的，它不是新的语法功能，而是一种新的写法，允许将回调函数的嵌套，改成链式调用。然而，Promise 的最大问题就是代码冗余，原来的任务被 Promise 包装一下，不管什么操作一眼看去都是一堆 then，使得原来的语义变得很不清楚。
那么，有没有更好的写法呢？
哈哈这里有些明知故问，答案当然就是 Generator！Generator 函数是协程在 ES6 的实现，整个 Generator 函数就是一个封装的异步任务，或者说是异步任务的容器，Generator 函数可以暂停执行和恢复执行，这是它能封装异步任务的根本原因，除此之外，它还有两个特性使它可以作为异步编程的完整解决方案：函数体内外的数据交换和错误处理机制。
function* gen(x){
var y = yield x + 2;
return y;
}
var g = gen(1);
g.next() // { value: 3, done: false }
g.next(2) // { value: 2, done: true }上面代码中，第一个 next 方法的 value 属性，返回表达式 x + 2 的值3，第二个 next 方法带有参数2，这个参数可以传入 Generator 函数，作为上个阶段异步任务的返回结果，被函数体内的变量 y 接收，因此这一步的 value 属性返回的就是2（也就是变量 y 的值）。
function* gen(x){
try {
var y = yield x + 2;
} catch (e){
console.log(e);
}
return y;
}
var g = gen(1);
g.next();
g.throw('出错了');
// 出错了上面代码的最后一行，Generator 函数体外，使用指针对象的 throw 方法抛出的错误，可以被函数体内的 try...catch 代码块捕获，这意味着出错的代码与处理错误的代码实现了时间和空间上的分离，这对于异步编程无疑是很重要的。
Generator 函数的自动流程管理
Thunk 函数
函数的"传值调用"和“传名调用”一直以来都各有优劣（比如传值调用比较简单，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），本文不多赘述，在这里需要提到的是：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;
}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 JavaScript 语言 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);
}
};
};你可能会问， 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。
首先 Generator 函数本身是可以自动执行的：
function* gen() {
// ...
}
var g = gen();
var res = g.next();
while(!res.done){
console.log(res.value);
res = g.next();
}但是，这并不适合异步操作，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());
};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);
});
});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，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);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。