淺談Node.js：理解stream

更新時間：2016年12月08日 08:43:34 作者：SniffRose

本篇文章主要介紹了Node.js：stream，Stream在node.js中是一個抽象的接口，具有一定的參考價值，有需要的可以了解一下。

Stream在node.js中是一個抽象的接口，基于EventEmitter，也是一種Buffer的高級封裝，用來處理流數(shù)據(jù)。流模塊便是提供各種API讓我們可以很簡單的使用Stream。

流分為四種類型，如下所示：

Readable，可讀流
Writable，可寫流
Duplex，讀寫流
Transform，擴展的Duplex，可修改寫入的數(shù)據(jù)

1、Readable可讀流

通過stream.Readable可創(chuàng)建一個可讀流，它有兩種模式：暫停和流動。

在流動模式下，將自動從下游系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)并使用data事件輸出；暫停模式下，必須顯示調(diào)用stream.read()方法讀取數(shù)據(jù)，并觸發(fā)data事件。

所有的可讀流最開始都是暫停模式，可以通過以下方法切換到流動模式：

監(jiān)聽'data'事件
調(diào)用stream.resume()方法
調(diào)用stream.pipe()方法將數(shù)據(jù)輸出到一個可寫流Writable

同樣地，也可以切換到暫停模式，有兩種方法：

如果沒有設(shè)置pipe目標(biāo)，調(diào)用stream.pause()方法即可。
如果設(shè)置了pipe目標(biāo)，則需要移除所有的data監(jiān)聽和調(diào)用stream.unpipe()方法

在Readable對象中有一個_readableSate的對象，通過該對象可以得知流當(dāng)前處于什么模式，如下所示：

readable._readableState.flowing = null，沒有數(shù)據(jù)消費者，流不產(chǎn)生數(shù)據(jù)
readable._readableState.flowing = true，處于流動模式
readable._readableState.flowing = false，處于暫停模式

為什么使用流取數(shù)據(jù)

對于小文件，使用fs.readFile()方法讀取數(shù)據(jù)更方便，但需要讀取大文件的時候，比如幾G大小的文件，使用該方法將消耗大量的內(nèi)存，甚至使程序崩潰。這種情況下，使用流來處理是更合適的，采用分段讀取，便不會造成內(nèi)存的'爆倉'問題。

data事件

在stream提供數(shù)據(jù)塊給消費者時觸發(fā)，有可能是切換到流動模式的時候，也有可能是調(diào)用readable.read()方法且有有效數(shù)據(jù)塊的時候，使用如下所示：

const fs = require('fs');

const rs = fs.createReadStream('./appbak.js');
var chunkArr = [],
  chunkLen = 0;
rs.on('data',(chunk)=>{
  chunkArr.push(chunk);
  chunkLen+=chunk.length;
});
rs.on('end',(chunk)=>{
  console.log(Buffer.concat(chunkArr,chunkLen).toString());
});

readable事件

當(dāng)流中有可用數(shù)據(jù)能被讀取時觸發(fā)，分為兩種，新的可用的數(shù)據(jù)和到達(dá)流的末尾，前者stream.read()方法返回可用數(shù)據(jù)，后者返回null，如下所示：

const rs = fs.createReadStream('./appbak.js');
var chunkArr = [],
  chunkLen = 0;

rs.on('readable',()=>{
  var chunk = null;
  //這里需要判斷是否到了流的末尾
  if((chunk = rs.read()) !== null){
    chunkArr.push(chunk);
    chunkLen+=chunk.length;
  }
});
rs.on('end',(chunk)=>{
  console.log(Buffer.concat(chunkArr,chunkLen).toString());
});

pause和resume方法

stream.pause()方法讓流進(jìn)入暫停模式，并停止'data'事件觸發(fā)，stream.resume()方法使流進(jìn)入流動模式，并恢復(fù)'data'事件觸發(fā)，也可以用來消費所有數(shù)據(jù)，如下所示：

const rs = fs.createReadStream('./下載.png');
rs.on('data',(chunk)=>{
  console.log(`接收到${chunk.length}字節(jié)數(shù)據(jù)...`);
  rs.pause();
  console.log(`數(shù)據(jù)接收將暫停1.5秒.`);
  setTimeout(()=>{
    rs.resume();
  },1000);
});
rs.on('end',(chunk)=>{
  console.log(`數(shù)據(jù)接收完畢`);
});

pipe(destination[, options])方法

pipe()方法綁定一個可寫流到可讀流上，并自動切換到流動模式，將所有數(shù)據(jù)輸出到可寫流，以及做好了數(shù)據(jù)流的管理，不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的問題，使用如下所示：

const rs = fs.createReadStream('./app.js');
rs.pipe(process.stdout);

以上介紹了多種可讀流的數(shù)據(jù)消費的方法，但對于一個可讀流，最好只選擇其中的一種，推薦使用pipe()方法。

2、Writable可寫流

所有的可寫流都是基于stream.Writable類創(chuàng)建的，創(chuàng)建之后便可將數(shù)據(jù)寫入該流中。

write(chunk[, encoding][, callback])方法

write()方法向可寫流中寫入數(shù)據(jù)，參數(shù)含義：

chunk，字符串或buffer
encoding，若chunk為字符串，則是chunk的編碼
callback，當(dāng)前chunk數(shù)據(jù)寫入磁盤時的回調(diào)函數(shù)

該方法的返回值為布爾值，如果為false，則表示需要寫入的數(shù)據(jù)塊被緩存并且此時緩存的大小超出highWaterMark閥值，否則為true。

使用如下所示：

const ws = fs.createWriteStream('./test.txt');
ws.write('nihao','utf8',()=>{process.stdout.write('this chunk is flushed.');});
ws.end('done.')

背壓機制

如果可寫流的寫入速度跟不上可讀流的讀取速度，write方法添加的數(shù)據(jù)將被緩存，逐漸增多，導(dǎo)致占用大量內(nèi)存。我們希望的是消耗一個數(shù)據(jù)，再去讀取一個數(shù)據(jù)，這樣內(nèi)存就維持在一個水平上。如何做到這一點？可以利用write方法的返回值來判斷可寫流的緩存狀態(tài)和'drain'事件，及時切換可讀流的模式，如下所示：

function copy(src,dest){
  src = path.resolve(src);
  dest = path.resolve(dest);
  const rs = fs.createReadStream(src);
  const ws = fs.createWriteStream(dest);
  console.log('正在復(fù)制中...');
  const stime = +new Date();
  rs.on('data',(chunk)=>{
    if(null === ws.write(chunk)){
      rs.pause();
    }
  });
  ws.on('drain',()=>{
    rs.resume();
  });
  rs.on('end',()=>{
    const etime = +new Date();
    console.log(`已完成，用時：${(etime-stime)/1000}秒`);
    ws.end();
  });
  function calcProgress(){
    
  }
}
copy('./CSS權(quán)威指南 第3版.pdf','./javascript.pdf');

drain事件

如果Writable.write()方法返回false，則drain事件將會被觸發(fā)，上面的背壓機制已經(jīng)使用了該事件。

finish事件

在調(diào)用stream.end()方法之后且所有緩存區(qū)的數(shù)據(jù)都被寫入到下游系統(tǒng)，就會觸發(fā)該事件，如下所示：

const ws = fs.createWriteStream('./alphabet.txt');
const alphabetStr = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz';
ws.on('finish',()=>{
  console.log('done.');
});
for(let letter of alphabetStr.split()){
  ws.write(letter);
}
ws.end();//必須調(diào)用

end([chunk][, encoding][, callback])方法

end()方法被調(diào)用之后，便不能再調(diào)用stream.write()方法寫入數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)將拋出錯誤。

3、Duplex讀寫流

Duplex流同時實現(xiàn)了Readable與Writable類的接口，既是可讀流，也是可寫流。例如'zlib streams'、'crypto streams'、'TCP sockets'等都是Duplex流。

4、Transform流

Duplex流的擴展，區(qū)別在于，Transform流自動將寫入端的數(shù)據(jù)變換后添加到可讀端。例如：'zlib streams'、'crypto streams'等都是Transform流。

5、四種流的實現(xiàn)

stream模塊提供的API可以讓我們很簡單的實現(xiàn)流，該模塊使用require('stream')引用，我們只要繼承四種流中的一個基類(stream.Writable, stream.Readable, stream.Duplex, or stream.Transform)，然后實現(xiàn)它的接口就可以了，需要實現(xiàn)的接口如下所示：

| Use-case | Class | Method(s) to implement |
| ------------- |-------------| -----|
| Reading only | Readable | _read |
| Writing only | Writable | _write, _writev |
| Reading and writing | Duplex | _read, _write, _writev |
| Operate on written data, then read the result | Transform | _transform, _flush |

Readable流實現(xiàn)

如上所示，我們只要繼承Readable類并實現(xiàn)_read接口即可，，如下所示：

const Readable = require('stream').Readable;
const util = require('util');
const alphabetArr = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'.split();
/*function AbReadable(){
  if(!this instanceof AbReadable){
    return new AbReadable();
  }
  Readable.call(this);
}
util.inherits(AbReadable,Readable);
AbReadable.prototype._read = function(){
  if(!alphabetArr.length){
    this.push(null);
  }else{
    this.push(alphabetArr.shift());
  }
};

const abReadable = new AbReadable();
abReadable.pipe(process.stdout);*/

/*class AbReadable extends Readable{
  constructor(){
    super();
  }
  _read(){
    if(!alphabetArr.length){
      this.push(null);
    }else{
      this.push(alphabetArr.shift());
    }
  }
}
const abReadable = new AbReadable();
abReadable.pipe(process.stdout);*/

/*const abReadable = new Readable({
  read(){
    if(!alphabetArr.length){
      this.push(null);
    }else{
      this.push(alphabetArr.shift());
    }
  }
});
abReadable.pipe(process.stdout);*/

const abReadable = Readable();
abReadable._read = function(){
  if (!alphabetArr.length) {
    this.push(null);
  } else {
    this.push(alphabetArr.shift());
  }
}
abReadable.pipe(process.stdout);

以上代碼使用了四種方法創(chuàng)建一個Readable可讀流，必須實現(xiàn)_read()方法，以及用到了readable.push()方法，該方法的作用是將指定的數(shù)據(jù)添加到讀取隊列。

Writable流實現(xiàn)

我們只要繼承Writable類并實現(xiàn)_write或_writev接口，如下所示(只使用兩種方法)：

/*class MyWritable extends Writable{
  constructor(){
    super();
  }
  _write(chunk,encoding,callback){
    process.stdout.write(chunk);
    callback();
  }
}
const myWritable = new MyWritable();*/
const myWritable = new Writable({
  write(chunk,encoding,callback){
    process.stdout.write(chunk);
    callback();
  }
});
myWritable.on('finish',()=>{
  process.stdout.write('done');
})
myWritable.write('a');
myWritable.write('b');
myWritable.write('c');
myWritable.end();

Duplex流實現(xiàn)

實現(xiàn)Duplex流，需要繼承Duplex類，并實現(xiàn)_read和_write接口，如下所示：

class MyDuplex extends Duplex{
  constructor(){
    super();
    this.source = [];
  }
  _read(){
    if (!this.source.length) {
      this.push(null);
    } else {
      this.push(this.source.shift());
    }
  }
  _write(chunk,encoding,cb){
    this.source.push(chunk);
    cb();
  }
}

const myDuplex = new MyDuplex();
myDuplex.on('finish',()=>{
  process.stdout.write('write done.')
});
myDuplex.on('end',()=>{
  process.stdout.write('read done.')
});
myDuplex.write('\na\n');
myDuplex.write('c\n');
myDuplex.end('b\n');
myDuplex.pipe(process.stdout);

上面的代碼實現(xiàn)了_read()方法，可作為可讀流來使用，同時實現(xiàn)了_write()方法，又可作為可寫流來使用。

Transform流實現(xiàn)

實現(xiàn)Transform流，需要繼承Transform類，并實現(xiàn)_transform接口，如下所示：

class MyTransform extends Transform{
  constructor(){
    super();
  }
  _transform(chunk, encoding, callback){
    chunk = (chunk+'').toUpperCase();
    callback(null,chunk);
  }
}
const myTransform = new MyTransform();
myTransform.write('hello world!');
myTransform.end();
myTransform.pipe(process.stdout);

上面代碼中的_transform()方法，其第一個參數(shù)，要么為error，要么為null，第二個參數(shù)將被自動轉(zhuǎn)發(fā)給readable.push()方法，因此該方法也可以使用如下寫法：

_transform(chunk, encoding, callback){
  chunk = (chunk+'').toUpperCase()
  this.push(chunk)
  callback();
}

Object Mode流實現(xiàn)

我們知道流中的數(shù)據(jù)默認(rèn)都是Buffer類型，可讀流的數(shù)據(jù)進(jìn)入流中便被轉(zhuǎn)換成buffer，然后被消耗，可寫流寫入數(shù)據(jù)時，底層調(diào)用也將其轉(zhuǎn)化為buffer。但將構(gòu)造函數(shù)的objectMode選擇設(shè)置為true，便可產(chǎn)生原樣的數(shù)據(jù)，如下所示：

const rs = Readable();
rs.push('a');
rs.push('b');
rs.push(null);
rs.on('data',(chunk)=>{console.log(chunk);});//<Buffer 61>與<Buffer 62>

const rs1 = Readable({objectMode:!0});
rs1.push('a');
rs1.push('b');
rs1.push(null);
rs1.on('data',(chunk)=>{console.log(chunk);});//a與b

下面利用Transform流實現(xiàn)一個簡單的CSS壓縮工具，如下所示：

function minify(src,dest){
  const transform = new Transform({
    transform(chunk,encoding,cb){
      cb(null,(chunk.toString()).replace(/[\s\r\n\t]/g,''));
    }
  });
  fs.createReadStream(src,{encoding:'utf8'}).pipe(transform).pipe(fs.createWriteStream(dest));
}
minify('./reset.css','./reset.min.css');

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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