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Node.js の非同期フロー制御

小云云
小云云オリジナル
2018-01-03 11:26:171171ブラウズ

関数コールバックの使用に関する深い経験がない場合、これらの内容を読むのはまだ少し難しいです。 Node.js の独特な非同期特性により、「コールバック地獄」の問題が発生しました。この記事では、非同期フローの問題を解決する方法を詳しく記録しました。この記事では主に Node.js の非同期フロー制御について紹介していますが、編集者が非常に優れていると感じたので、参考として共有します。編集者をフォローして見てみましょう。皆さんのお役に立てれば幸いです。

はじめに

非常に長い記事になりますが、この記事は非同期ストリーミングモードについての説明です。この記事では、単純な Web スパイダーの例を使用します。その機能は、指定された URL の Web ページ コンテンツをクロールし、それをプロジェクトに保存することです。記事全体のソース コード デモが表示されます。

1. ネイティブ JavaScript モード

この記事は初心者向けではないため、基本的な内容のほとんどは省略されます:

(spider_v1.js)


const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function spider(url, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);
  console.log(`filename: ${filename}`);

  fs.exists(filename, exists => {
    if (!exists) {
      console.log(`Downloading ${url}`);

      request(url, (err, response, body) => {
        if (err) {
          callback(err);
        } else {
          mkdirp(path.dirname(filename), err => {
            if (err) {
              callback(err);
            } else {
              fs.writeFile(filename, body, err => {
                if (err) {
                  callback(err);
                } else {
                  callback(null, filename, true);
                }
              });
            }
          });
        }
      });
    } else {
      callback(null, filename, false);
    }
  });
}

spider(process.argv[2], (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上記のコードの流れはおそらく次のとおりです。次のように:

  1. URL をファイル名に変換します

  2. ファイル名が存在するかどうかを確認し、存在する場合は直接戻り、そうでない場合は次のステップに進みます

  3. リクエストを送信して本文を取得します

  4. ファイル内に本文を書き込みます

これは、1 つの URL のコンテンツのみをクロールできるスパイダーです。上記のコールバックがどれほど面倒かを見てください。次に、最適化を開始します。

まず、if else メソッドを最適化できます。言うまでもなく、比較効果は次のとおりです。ネストされていますが、経験豊富なプログラマは、この書き方ではエラーが強調されすぎると考えるかもしれません。読みやすさの観点からも、このような要件がプログラミングの焦点にあるはずです。

もう 1 つの最適化は、上記のコードのスパイダー関数で、ダウンロードされたファイルと保存されたファイルを分割することができます。

(spider_v2.js)

/// before
if (err) {
  callback(err);
} else {
  callback(null, filename, true);
}

/// after
if (err) {
  return callback(err);
}
callback(null, filename, true);

上記のコードは基本的にネイティブ最適化の結果ですが、このスパイダーの機能は単純すぎるため、特定の Web ページ内のすべての URL をクロールする必要があります。シリアルおよびパラレルの問題が発生します。

(spider_v3.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

function spider(url, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);
  console.log(`filename: ${filename}`);

  fs.exists(filename, exists => {
    if (exists) {
      return callback(null, filename, false);
    }
    download(url, filename, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      callback(null, filename, true);
    })
  });
}

spider(process.argv[2], (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

前のコードと比較すると、上記のコードにはさらに 2 つのコア関数があります。 1 つ目は、補助クラスを通じて特定の本体内のリンクを取得することです: 


const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  function iterate(index) {
    if (index === links.length) {
      return callback();
    }
    spider(links[index], nesting - 1, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      iterate((index + 1));
    })
  }

  iterate(0);
}

function spider(url, nesting, callback) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

。内部実装 説明はしませんが、他のコア コードは次のとおりです: 


const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

上記の小さなコードは、非同期シリアル化を実装するためのネイティブ パターンであると言えます。これらに加えて、この属性を通じてネストの概念も導入され、クロール レベルを制御できます。

この時点でシリアル機能は完全に実装されました。パフォーマンスを考慮して、並列クローリング機能を開発する必要があります。

(spider_v4.js)

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  function iterate(index) {
    if (index === links.length) {
      return callback();
    }
    spider(links[index], nesting - 1, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      iterate((index + 1));
    })
  }

  iterate(0);
}

このコードも非常にシンプルで、2 つの主要な内容があります。 1 つは、同時実行を実現する方法です。 


const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  function done(err) {
    if (err) {
      hasErrors = true;
      return callback(err);
    }

    if (++completed === links.length && !hasErrors) {
      return callback();
    }
  }

  links.forEach(link => {
    spider(link, nesting - 1, done);
  });
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  /// In this pattern, there will be some issues.
  /// Possible problems to download the same url again and again。
  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== 'ENOENT') {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上記のコードは、同時実行を実現するためのパターンであると言えます。これはループトラバーサルを使用して実現されます。もう 1 つの核心は、同時実行であるため、fs.exists を使用すると問題が発生し、同じファイルが繰り返しダウンロードされる可能性があるということです。解決策は次のとおりです。


Map を使用して特定の URL をキャッシュします。その URL は次のようになります。キーとして使用されます

  • ここで、同時実行の最大数を制限するという新しい要件があるため、ここで最も重要だと思われる概念であるキューを紹介します。

    (task-Queue.js)

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  function done(err) {
    if (err) {
      hasErrors = true;
      return callback(err);
    }

    if (++completed === links.length && !hasErrors) {
      return callback();
    }
  }

  links.forEach(link => {
    spider(link, nesting - 1, done);
  });
}

上記のコードはキューの実装コードであり、タスクがキューに追加されるときにコアとなることがわかります。これは、タスクをすぐに実行する必要があるという意味ではなく、next がすぐに呼び出されるという意味です。

(spider_v5.js)

class TaskQueue {
  constructor(concurrency) {
    this.concurrency = concurrency;
    this.running = 0;
    this.queue = [];
  }

  pushTask(task) {
    this.queue.push(task);
    this.next();
  }

  next() {
    while (this.running < this.concurrency && this.queue.length) {
      const task = this.queue.shift();
      task(() => {
        this.running--;
        this.next();
      });
      this.running++;
    }
  }
}

module.exports = TaskQueue;

したがって、同時実行数を制限するには、タスクトラバーサルを SpiderLinks メソッドのキューに入れるだけです。これは比較的簡単です。

これまで、ネイティブ JavaScript を使用して、比較的完全な機能を備えた Web スパイダーを実装してきました。この関数は、シリアルおよび同時実行の両方が可能で、同時実行数も制御できます。

2. async ライブラリを使用する

さまざまな関数を別の関数に配置すると、大きなメリットが得られます。async ライブラリは非常に人気があり、内部的にはコールバックに基づいています。

(spider_v6.js)

const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");
const TaskQueue = require("./task-Queue");
const downloadQueue = new TaskQueue(2);

function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  request(url, (err, response, body) => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    saveFile(filename, body, err => {
      if (err) {
        return callback(err);
      }
      console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
      callback(null, body);
    });
  })
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  let completed = 0, hasErrors = false;

  links.forEach(link => {
    /// 给队列出传递一个任务，这个任务首先是一个函数，其次该函数接受一个参数
    /// 当调用任务时，触发该函数，然后给函数传递一个参数，告诉该函数在任务结束时干什么
    downloadQueue.pushTask(done => {
      spider(link, nesting - 1, err => {
        /// 这里表示，只要发生错误，队列就会退出
        if (err) {
          hasErrors = true;
          return callback(err);
        }
        if (++completed === links.length && !hasErrors) {
          callback();
        }

        done();
      });
    });

  });
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  /// In this pattern, there will be some issues.
  /// Possible problems to download the same url again and again。
  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== &#39;ENOENT&#39;) {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 2, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(`error: ${err}`);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

上記のコードでは、async の関数は 3 つだけ使用しました: 


const request = require("request");
const fs = require("fs");
const mkdirp = require("mkdirp");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");
const series = require("async/series");
const eachSeries = require("async/eachSeries");

function download(url, filename, callback) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  let body;

  series([
    callback => {
      request(url, (err, response, resBody) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        body = resBody;
        callback();
      });
    },
    mkdirp.bind(null, path.dirname(filename)),
    callback => {
      fs.writeFile(filename, body, callback);
    }
  ], err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    console.log(`Downloaded and saved: ${url}`);
    callback(null, body);
  });
}

/// 最大的启发是实现了如何异步循环遍历数组
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting, callback) {
  if (nesting === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);
  if (links.length === 0) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  eachSeries(links, (link, cb) => {
    "use strict";
    spider(link, nesting - 1, cb);
  }, callback);
}

const spidering = new Map();

function spider(url, nesting, callback) {
  if (spidering.has(url)) {
    return process.nextTick(callback);
  }

  spidering.set(url, true);

  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  fs.readFile(filename, "utf8", (err, body) => {
    if (err) {
      if (err.code !== &#39;ENOENT&#39;) {
        return callback(err);
      }
      return download(url, filename, (err, body) => {
        if (err) {
          return callback(err);
        }
        spiderLinks(url, body, nesting, callback);
      });
    }

    spiderLinks(url, body, nesting, callback);
  });
}

spider(process.argv[2], 1, (err, filename, downloaded) => {
  if (err) {
    console.log(err);
  } else if (downloaded) {
    console.log(`Completed the download of ${filename}`);
  } else {
    console.log(`${filename} was already downloaded`);
  }
});

比較的簡単なので説明は省略します。非同期のキューのコードは (spider_v7.js) にあります。これは上記のカスタム キューとよく似ているため、これ以上の説明は省略します。


3.約束

Promise是一个协议，有很多库实现了这个协议，我们用的是ES6的实现。简单来说promise就是一个约定，如果完成了，就调用它的resolve方法，失败了就调用它的reject方法。它内有实现了then方法，then返回promise本身，这样就形成了调用链。

其实Promise的内容有很多，在实际应用中是如何把普通的函数promise化。这方面的内容在这里也不讲了，我自己也不够格

(spider_v8.js)


const utilities = require("./utilities");
const request = utilities.promisify(require("request"));
const fs = require("fs");
const readFile = utilities.promisify(fs.readFile);
const writeFile = utilities.promisify(fs.writeFile);
const mkdirp = utilities.promisify(require("mkdirp"));
const path = require("path");


function saveFile(filename, contents, callback) {
  mkdirp(path.dirname(filename), err => {
    if (err) {
      return callback(err);
    }
    fs.writeFile(filename, contents, callback);
  });
}

function download(url, filename) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  let body;

  return request(url)
    .then(response => {
      "use strict";
      body = response.body;
      return mkdirp(path.dirname(filename));
    })
    .then(() => writeFile(filename, body))
    .then(() => {
      "use strict";
      console.log(`Downloaded adn saved: ${url}`);
      return body;
    });
}

/// promise编程的本质就是为了解决在函数中设置回调函数的问题
/// 通过中间层promise来实现异步函数同步化
function spiderLinks(currentUrl, body, nesting) {
  let promise = Promise.resolve();
  if (nesting === 0) {
    return promise;
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  links.forEach(link => {
    "use strict";
    promise = promise.then(() => spider(link, nesting - 1));
  });

  return promise;
}

function spider(url, nesting) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  return readFile(filename, "utf8")
    .then(
      body => spiderLinks(url, body, nesting),
      err => {
        "use strict";
        if (err.code !== &#39;ENOENT&#39;) {
          /// 抛出错误，这个方便与在整个异步链的最后通过呢catch来捕获这个链中的错误
          throw err;
        }
        return download(url, filename)
          .then(body => spiderLinks(url, body, nesting));
      }
    );
}

spider(process.argv[2], 1)
  .then(() => {
    "use strict";
    console.log(&#39;Download complete&#39;);
  })
  .catch(err => {
    "use strict";
    console.log(err);
  });

可以看到上边的代码中的函数都是没有callback的，只需要在最后catch就可以了。

在设计api的时候，应该支持两种方式，及支持callback，又支持promise


function asyncpision(pidend, pisor, cb) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    "use strict";
    process.nextTick(() => {
      const result = pidend / pisor;
      if (isNaN(result) || !Number.isFinite(result)) {
        const error = new Error("Invalid operands");
        if (cb) {
          cb(error);
        }
        return reject(error);
      }

      if (cb) {
        cb(null, result);
      }
      resolve(result);
    });
  });
}

asyncpision(10, 2, (err, result) => {
  "use strict";
  if (err) {
    return console.log(err);
  }
  console.log(result);
});

asyncpision(22, 11)
  .then((result) => console.log(result))
  .catch((err) => console.log(err));

4.Generator

Generator很有意思，他可以让暂停函数和恢复函数，利用thunkify和co这两个库，我们下边的代码实现起来非常酷。

(spider_v9.js)


const thunkify = require("thunkify");
const co = require("co");
const path = require("path");
const utilities = require("./utilities");

const request = thunkify(require("request"));
const fs = require("fs");
const mkdirp = thunkify(require("mkdirp"));
const readFile = thunkify(fs.readFile);
const writeFile = thunkify(fs.writeFile);
const nextTick = thunkify(process.nextTick);

function* download(url, filename) {
  console.log(`Downloading ${url}`);

  const response = yield request(url);
  console.log(response);

  const body = response[1];
  yield mkdirp(path.dirname(filename));

  yield writeFile(filename, body);

  console.log(`Downloaded and saved ${url}`);
  return body;
}

function* spider(url, nesting) {
  const filename = utilities.urlToFilename(url);

  let body;

  try {
    body = yield readFile(filename, "utf8");
  } catch (err) {
    if (err.code !== &#39;ENOENT&#39;) {
      throw err;
    }
    body = yield download(url, filename);
  }

  yield spiderLinks(url, body, nesting);
}

function* spiderLinks(currentUrl, body, nesting) {
  if (nesting === 0) {
    return nextTick();
  }

  const links = utilities.getPageLinks(currentUrl, body);

  for (let i = 0; i < links.length; i++) {
    yield spider(links[i], nesting - 1);
  }
}

/// 通过co就自动处理了回调函数，直接返回了回调函数中的参数，把这些参数放到一个数组中，但是去掉了err信息
co(function* () {
  try {
    yield spider(process.argv[2], 1);
    console.log(&#39;Download complete&#39;);
  } catch (err) {
    console.log(err);
  }
});

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