首先明确一个问题，为什么 Node.js 需要异步编程？

JavaScript 是单线程的，在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回，意思就是调用者主动等待调用结果，换句话说，就是必须等待上一个任务执行完才能执行下一个任务这种执行模式叫：同步。
Node.js 的主要应用场景是处理高并发（单位时间内极大的访问量）和 I/O 密集场景（ps: I/O 操作往往非常耗时，所以异步的关键在于解决I/O耗时问题），如果采用同步编程，问题就来了，服务器处理一个 I/O 请求需要大量的时间，后面的请求都将排队，造成浏览器端的卡顿。异步编程能解决这个问题。
所谓异步，就是调用在发出后，这个调用就直接返回了，调用者不会立即得到结果并且可以继续执行后续操作，而被调用者执行得到结果后通过状态、事件来通知调用者使用回调函数（callback）来处理这个调用。Node在处理耗时的 I/O 操作时，将其交给其他线程处理，自己继续处理其他访问请求，当 I/O 操作处理好后就会通过事件通知 Node 用回调做后续处理。
有个例子非常好：

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

下面几种方式是异步解决方案的进化过程：

CallBacks

回调函数就是函数A作为参数传递给函数B，并且在未来某一个时间被调用。callback的异步模式最大的问题就是，理解困难加回调地狱（callback hell），看下面的代码的执行顺序：

A();
ajax('url1', function(){
    B();
    ajax('url2', function(){
        C();
    }
    D();
});
E();

其执行顺序为：A => E => B => D => C，这种执行顺序的确会让人头脑发昏，另外由于由于多个异步操作之间往往会耦合，只要中间一个操作需要修改，那么它的上层回调函数和下层回调函数都可能要修改，这就陷入了回调地狱。而 Promise 对象就很好的解决了异步操作之间的耦合问题，让我们可以用同步编程的方式去写异步操作。

Promise

Promise 对象是一个构造函数，用来生成promise实例。Promise 代表一个异步操作，有三种状态：pending，resolved（异步操作成功由pending变为resolved），rejected（异步操作失败由pending变为rejected），一旦变为后两种状态将不会再改变。Promise 对象作为构造函数接受一个函数作为参数，而这个函数又接受 resolved 和 rejected 两个函数做为参数，这两个函数是JS内置的，无需配置。resolved 函数在异步操作成功后调用，将pending状态变为resolved，并将它的参数传递给回调函数；rejected 函数在异步操作失败时调用，将pending状态变为rejected，并将参数传递给回调函数。

Promise.prototype.then()

Promise构造函数的原型上有一个then方法，它接受两个函数作为参数，分别是 resolved 状态和 rejected 状态的回调函数，而这两个回调函数接受的参数分别是Promise实例中resolved函数和rejected返回的结果, 另外第二个函数是可选的。

下面是一个示例：

const instance = new Promise((resolved, rejected) => {
    // 一些异步操作
    if(/*异步操作成功*/) {
      resolved(value);
    } else {
      rejected(error);
    }
  }
})
instance.then(value => {
  // do something...
}, error => {
  // do something...
})

注意Promise实例在生成后会立即执行，而then方法只有在所有同步任务执行完后才会执行（疑问），看看下面的例子：

const promise = new Promise((resolved, rejected) => {
  console.log('async task begins!');
  setTimeout(() => {
    resolved('done, pending -> resolved!');
  }, 1000);
})

promise.then(value => {
  console.log(value);
}) 

console.log('1.please wait');
console.log('2.please wait');
console.log('3.please wait');
// async task begins!
// 1.please wait
// 2.please wait
// 3.please wait
// done, pending -> resolved!

上面的实例可以看出，Promise新建后立即执行，所以首先输出 'async task begins!'，随后定义了一个异步操作 setTimeout，1秒后执行，所以无需等待，向下执行，而then方法指定的回调函数要在所有同步任务执行完后才执行，所以先输出了3个'please wait'，最后输出'done, pending -> resolved!'。(此处省略了then方法中的rejected回调，一般不在then中做rejected状态的处理，而使用catch方法专门处理错误)

链式调用then方法

then方法会将返回值传递给下一个回调（即return后面的值），如果返回的是Promise实例，则可以继续调用then方法，而如果返回的是值，则相当于执行了 promise.resolve()方法，也可以继续调用then方法，这就是then的链式写法，按顺序实现一系列的异步操作，这样就可以用同步编程的形式去实现异步操作，来看下面的例子：

function timeAdder(n) {
  return new Promise((resolved, rejected) => {
    setTimeout(() => {
      resolved(n + 200);
    }, n)
  })
}

timeAdder(0)
  .then(n => {
    console.log(`time1 is ${n}`);
    return timeAdder(n);    // 最终 resolved 函数中的参数将作为值传递给下一个then
  })
  // n 是上一个then传递出来的参数
  .then(n => {                
    console.log(`time2 is ${n}`);
    return timeAdder(n);
  })
  .then(n => {
    console.log(`time3 is ${n}`);
    return timeAdder(n);
  })
// time1 is 200
// time3 is 400
// time3 is 600

可以看到使用链式then的写法，将异步操作变成了同步的形式，但是也带来了新的问题，就是异步操作变成了很长的then链，新的解决方法就是Generator，这里跨过它直接说它的语法糖：async/await。

async/await

async

async/await实际上是Generator的语法糖。顾名思义，async关键字代表后面的函数中有异步操作，await表示等待一个异步方法执行完成。声明一步函数只需在普通函数前面加一个关键字async即可，如：

async function funcA() {}

async 函数返回一个Promise对象（如果结果是值，会经过Promise包装返回），因此asyn函数通过return返回的值，会成为then方法的参数：

async function funcA() {
  return 'hello!';
}

funcA().then(value => {
  console.log(value);
})
// hello!

单独一个async函数，其实与Promise实例执行的功能是一样的，来看看await都干了些啥。

await

await 命令后面的值可以是Promise 对象或值，如果是值，就会被转成一个立即resolve的Promise对象。async函数被调用后就立即执行，但是一旦遇到await就会先返回，等到异步操作执行完成，再接着执行函数体内后面的语句，看看下面这个例子：

async function func() {
  console.log('async function is running!');
  const num1 = await 200;
  console.log(`num1 is ${num1}`);
  const num2 = await num1+ 100;
  console.log(`num2 is ${num2}`);
  const num3 = await num2 + 100;
  console.log(`num3 is ${num3}`);
}

func();
console.log('run me before await!');
// async function is running!
// run me before await!
// num1 is 200
// num2 is 300
// num3 is 400

可以看出调用 async func 函数后，它会立即执行，首先输出了'async function is running!'，接着遇到了await异步等待，函数返回，先执行func()后面的同步任务，同步任务执行完后，接着await等待的位置继续往下执行。

值得注意的是，await 后面的 Promise 对象不总是返回 resolved 状态，只要一个await后面的Promise状态变为rejected，整个async函数都会中断执行，为了保存错误的位置和错误信息，我们需要用 try...catch 语句来封装多个await过程，如下：

async function func() {
  try {
    const num1 = await 200;
    console.log(`num1 is ${num1}`);
    const num2 = await Promise.reject('num2 is wrong!');
    console.log(`num2 is ${num2}`);
    const num3 = await num2 + 100;
    console.log(`num3 is ${num3}`);
  } catch (error) {
    console.log(error);
  }
}

func();
// num1 is 200
// 出错了
// num2 is wrong!

如上所示，在num2处await得到了一个状态为rejected的Promise对象，该错误会被传递到catch语句中，这样我们就可以定位错误发生的位置。

async/await比Promise强在哪儿？

接下来我们用async/await改写一下Promise章节中关于timeAdder的一个例子，代码如下：

function timeAdder(n) {
  return new Promise((resolved, rejected) => {
    setTimeout(() => {
      resolved(n + 200);
    }, n)
  })
}

async function func() {
  const time1 = await timeAdder(0);
  console.log(`time1 is ${time1}`);
  const time2 = await timeAdder(time1);
  console.log(`time3 is ${time2}`);
  const time3 = await timeAdder(time2);
  console.log(`time3 is ${time3}`);
}

func();
// time1 is 200
// time3 is 400
// time3 is 600

与之前长长的then链和then方法里的回调函数相比，这样的写法是不是更加清爽，更加符合编程习惯？

参考文章

https://segmentfault.com/a/1190000007535316
https://segmentfault.com/a/1190000006138882
https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/20851256