深入了解Node.js中的4種 stream

這篇文章帶大家了解一下Node.js中的4種stream，看看怎麼解決爆緩衝區的「背壓」問題，有需要的朋友可以去學習了解一下~

把一個東西從A 搬到B 該怎麼搬呢？

抬起來，移動到目的地，放下不就行了麼。

那如果這個東西有一噸重呢？

那就一部分的搬家。

其實IO 也就是搬東西，包括網路的IO、檔案的IO，如果資料量少，那麼直接傳送全部內容就行了，但如果內容特別多，一次性載入到記憶體會崩潰，而且速度也慢，這時候就可以一部分一部分的處理，這就是流的想法。 【推薦學習：《nodejs 教學》】

各種語言基本上都實作了stream 的api，Node.js 也是，stream api 是比較常用的，下面我們就來探究一下stream。

本文會回答以下問題：

• Node.js 的4 種stream 是什麼
• 產生器如何與Readable Stream 結合
• stream的暫停與流動
• 什麼是背壓問題，如何解決

Node.js 的4種stream

##流的直觀感受

從一個地方流到另一個地方，顯然有流出的一方和流入的一方，流出的一方就是可讀流(readable)，而流入的一方就是可寫流(writable)。

當然，也有的流既可以流入又可以流出，這種叫做雙工流（duplex）

既然可以流入又可以流出，那麼是不是可以對流入的內容做下轉換再流出呢，這種流叫做轉換流（transform）

duplex 流的流入和流出內容不需要相關，而transform 流的流入和流出是相關的，這是兩者的差異。

流的api

Node.js 提供的stream 就是上面介紹的4 種：

const stream = require('stream');

// 可读流
const Readable = stream.Readable;
// 可写流
const Writable = stream.Writable;
// 双工流
const Duplex = stream.Duplex;
// 转换流
const Transform = stream.Transform;

它們都有要實現的方法：

Readable 需要實作_read 方法來傳回內容
• Writable 需要實作_write 方法來接受內容
• Duplex 需要實作_read 和_write 方法來接受和返回內容
• Transform 需要實作_transform 方法來把接受的內容轉換之後回傳

我們分別來看看：

Readable

Readable 要實作_read 方法，透過push 傳回特定的資料。

const Stream = require('stream');

const readableStream = Stream.Readable();

readableStream._read = function() {
    this.push('阿门阿前一棵葡萄树，');
    this.push('阿东阿东绿的刚发芽，');
    this.push('阿东背着那重重的的壳呀，');
    this.push('一步一步地往上爬。')
    this.push(null);
}

readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});

readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

當 push 一個 null 時，就代表結束流。

執行效果如下：

建立Readable 也可以透過繼承的方式：

const Stream = require('stream');

class ReadableDong extends Stream.Readable {

    constructor() {
        super();
    }

    _read() {
        this.push('阿门阿前一棵葡萄树，');
        this.push('阿东阿东绿的刚发芽，');
        this.push('阿东背着那重重的的壳呀，');
        this.push('一步一步地往上爬。')
        this.push(null);
    }

}

const readableStream = new ReadableDong();

readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});

readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

可讀流是產生內容的，那麼很自然可以和生成器結合：

const Stream = require('stream');

class ReadableDong extends Stream.Readable {

    constructor(iterator) {
        super();
        this.iterator = iterator;
    }

    _read() {
        const next = this.iterator.next();
        if(next.done) {
            return this.push(null);
        } else {
            this.push(next.value)
        }
    }

}

function *songGenerator() {
    yield '阿门阿前一棵葡萄树，';
    yield '阿东阿东绿的刚发芽，';
    yield '阿东背着那重重的的壳呀，';
    yield '一步一步地往上爬。';
}

const songIterator = songGenerator();

const readableStream = new ReadableDong(songIterator);

readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});

readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

這就是可讀流，透過實作_read 方法來傳回內容。

Writable

Writable 要實作 _write 方法，接收寫入的內容。

const Stream = require('stream');

const writableStream = Stream.Writable();

writableStream._write = function (data, enc, next) {
   console.log(data.toString());
   // 每秒写一次
   setTimeout(() => {
       next();
   }, 1000);
}

writableStream.on('finish', () => console.log('done~'));

writableStream.write('阿门阿前一棵葡萄树，');
writableStream.write('阿东阿东绿的刚发芽，');
writableStream.write('阿东背着那重重的的壳呀，');
writableStream.write('一步一步地往上爬。');
writableStream.end();

接收寫入的內容，列印出來，並且呼叫 next 來處理下一個寫入的內容，這裡呼叫 next 是非同步的，可以控制頻率。

跑了一下，確實可以正常的處理寫入的內容：

這就是可寫流，透過實作_write 方法來處理寫入的內容。

Duplex

Duplex 是可讀可寫，同時實作_read 和_write 就可以了

const Stream = require('stream');

var duplexStream = Stream.Duplex();

duplexStream._read = function () {
    this.push('阿门阿前一棵葡萄树，');
    this.push('阿东阿东绿的刚发芽，');
    this.push('阿东背着那重重的的壳呀，');
    this.push('一步一步地往上爬。')
    this.push(null);
}

duplexStream._write = function (data, enc, next) {
    console.log(data.toString());
    next();
}

duplexStream.on('data', data => console.log(data.toString()));
duplexStream.on('end', data => console.log('read done~'));

duplexStream.write('阿门阿前一棵葡萄树，');
duplexStream.write('阿东阿东绿的刚发芽，');
duplexStream.write('阿东背着那重重的的壳呀，');
duplexStream.write('一步一步地往上爬。');
duplexStream.end();

duplexStream.on('finish', data => console.log('write done~'));

整合了Readable 流和Writable 流的功能，這就是雙工流Duplex。

Transform

Duplex 串流雖然可讀可寫，但是兩者之間沒啥關聯，而有的時候需要對流入的內容做轉換之後流出，這時候就需要轉換流Transform。

Transform 流要實作_transform 的api，我們實作下對內容做反轉的轉換流：

const Stream = require('stream');

class TransformReverse extends Stream.Transform {

  constructor() {
    super()
  }

  _transform(buf, enc, next) {
    const res = buf.toString().split('').reverse().join('');
    this.push(res)
    next()
  }
}

var transformStream = new TransformReverse();

transformStream.on('data', data => console.log(data.toString()))
transformStream.on('end', data => console.log('read done~'));

transformStream.write('阿门阿前一棵葡萄树');
transformStream.write('阿东阿东绿的刚发芽');
transformStream.write('阿东背着那重重的的壳呀');
transformStream.write('一步一步地往上爬');
transformStream.end()

transformStream.on('finish', data => console.log('write done~'));

跑了一下，效果如下：

##

流的暂停和流动

我们从 Readable 流中获取内容，然后流入 Writable 流，两边分别做 _read 和 _write 的实现，就实现了流动。

背压

但是 read 和 write 都是异步的，如果两者速率不一致呢？

如果 Readable 读入数据的速率大于 Writable 写入速度的速率，这样就会积累一些数据在缓冲区，如果缓冲的数据过多，就会爆掉，会丢失数据。

而如果  Readable 读入数据的速率小于 Writable 写入速度的速率呢？那没关系，最多就是中间有段空闲时期。

这种读入速率大于写入速率的现象叫做“背压”，或者“负压”。也很好理解，写入段压力比较大，写不进去了，会爆缓冲区，导致数据丢失。

这个缓冲区大小可以通过 readableHighWaterMark 和 writableHightWaterMark 来查看，是 16k。

解决背压

怎么解决这种读写速率不一致的问题呢？

当没写完的时候，暂停读就行了。这样就不会读入的数据越来越多，驻留在缓冲区。

readable stream 有个 readableFlowing 的属性，代表是否自动读入数据，默认为 true，也就是自动读入数据，然后监听 data 事件就可以拿到了。

当 readableFlowing 设置为 false 就不会自动读了，需要手动通过 read 来读入。

readableStream.readableFlowing = false;

let data;
while((data = readableStream.read()) != null) {
    console.log(data.toString());
}

但自己手动 read 比较麻烦，我们依然可以用自动流入的方式，调用 pause 和 resume 来暂停和恢复就行了。

当调用 writable stream 的 write 方法的时候会返回一个 boolean 值代表是写入了目标还是放在了缓冲区：

• true: 数据已经写入目标
• false：目标不可写入，暂时放在缓冲区

我们可以判断返回 false 的时候就 pause，然后等缓冲区清空了就 resume：

const rs = fs.createReadStream(src);
const ws = fs.createWriteStream(dst);

rs.on('data', function (chunk) {
    if (ws.write(chunk) === false) {
        rs.pause();
    }
});

rs.on('end', function () {
    ws.end();
});

ws.on('drain', function () {
    rs.resume();
});

这样就能达到根据写入速率暂停和恢复读入速率的功能，解决了背压问题。

pipe 有背压问题么？

平时我们经常会用 pipe 来直接把 Readable 流对接到 Writable 流，但是好像也没遇到过背压问题，其实是 pipe 内部已经做了读入速率的动态调节了。

const rs = fs.createReadStream(src);
const ws = fs.createWriteStream(dst);

rs.pipe(ws);

总结

流是传输数据时常见的思想，就是一部分一部分的传输内容，是文件读写、网络通信的基础概念。

Node.js 也提供了 stream 的 api，包括 Readable 可读流、Writable 可写流、Duplex 双工流、Transform 转换流。它们分别实现 _read、_write、_read + _write、_transform 方法，来做数据的返回和处理。

创建 Readable 对象既可以直接调用 Readable api 创建，然后重写 _read 方法，也可以继承 Readable 实现一个子类，之后实例化。其他流同理。（Readable 可以很容易的和 generator 结合）

当读入的速率大于写入速率的时候就会出现“背压”现象，会爆缓冲区导致数据丢失，解决的方式是根据 write 的速率来动态 pause 和 resume 可读流的速率。pipe 就没有这个问题，因为内部做了处理。

流是掌握 IO 绕不过去的一个概念，而背压问题也是流很常见的问题，遇到了数据丢失可以考虑是否发生了背压。希望这篇文章能够帮大家理清思路，真正掌握 stream！

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以上是深入了解Node.js中的4種 stream的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！