stream 概念

Node.js 诞生是为了解决 I/O 密集的 Web 性能问题,最常使用的两个模块就是文件系统和网络,而这两个模块都是 stream 的重度用户,stream 是 Node.js 从入门到进阶的必经之路


Node.js 对 stream 是这样解释的

翻译过来流是 Node.js 中处理流式数据的抽象接口。 stream 模块提供了用于实现流接口的对象。基本就是用 stream 解释自己,第一次使用肯定不理解,但其实我们平时经常用到流

ls | grep *.js

命令的含义是 list 当前目录文件,把结果交给 grep 命令,按行筛选出拓展名是 js 的内容

使用 | 连接两条命令,把前一个命令的结果作为后一个命令的参数传入,这样数据像是水流在管道中传递,每个命令类似一个处理器,对数据做一些加工,因此 | 被称为“管道符”,这个处理过程就是流

从术语上讲流是对输入输出设备的抽象,是一组有序的、有起点和终点的字节数据传输手段


极简 Node.js 入门 - 4.2 初识 stream-LMLPHP

Node.js stream 类型

从程序角度而言流是有方向的数据,以程序为第一视角,按照流动方向可以分为三种流

  1. 设备流向程序:readable
  2. 程序流向设备:writable
  3. 双向流动:duplex、transform

NodeJS 关于流的操作被封装到了 Stream 模块,这个模块也被多个核心模块所引用。按照 Unix 的哲学:一切皆文件

  1. 普通文件(txt、jpg、mp4)
  2. 设备文件(stdin、stdout)
  3. 网络文件(http、net)

在 Node.js 中对文件的处理多数使用流来完成

小试牛刀

假设写程序某个功能需要读取某个配置文件 config.json,这时候简单分析一下

  • 数据:config.json 的内容
  • 方向:设备(物理磁盘文件) -> NodeJS 程序

应该使用 readable 流来做此事(后面章节会具体介绍 API)

const fs = require('fs');
const FILEPATH = '...'; const rs = fs.createReadStream(FILEPATH);

通过 fs 模块提供的 createReadStream() 方法创建了一个可读的流,这时候 _config.json_的内容从设备流向程序。示例并没有直接使用 Stream 模块,因为 fs 内部已经引用了 Stream 模块,并做了封装


读取到数据后可以对数据进行处理,比如需要写到某个路径 DEST ,这时候需要一个 writable 的流,让数据从程序流向设备

const ws = fs.createWriteStream(DEST);

两种流都有了,也就是两个数据加工器,那么如何通过类似 Unix 的管道符** | **来连接流呢?在 Node.js 中管道符号就是 pipe() 方法

const fs = require('fs');
const FILEPATH = 'DEST_PATH_IN_YOUR_DISK'; const rs = fs.createReadStream(FILEPATH);
const ws = fs.createWriteStream(DEST); rs.pipe(ws);

这样利用流实现了简单的文件复制功能,关于 pipe() 方法的实现原理后面会提到,但有个值得注意地方:数据必须是从上游 pipe 到下游,也就是从一个 readable 流 pipe 到 writable 流

加工一下数据

上面提到了 readable 和 writable 的流称之为加工器,其实并不太恰当,因为过程中并没有加工什么,只是读取数据,然后存储数据

如果有个需求,把本地一个 package.json 文件中的所有字母都改为小写,并保存到同目录下的_ package-lower.json_ 文件下


这时候就需要用到双向的流了,假定有一个专门处理字符转小写的流 lowercase ,那么代码写出来大概是这样的

const fs = require('fs');
const rs = fs.createReadStream('./package.json');
const ws = fs.createWriteStream('./package-lower.json');
rs.pipe(lowercase).pipe(ws);

到这里就和清楚为什么称 pipe() 连接的流为加工器了,根据上面说的,必须从一个 readable 流 pipe 到 writable 流:

  • rs -> lowercase:lowercase 在下游,所以 lower 需要是个 writable 流
  • lowercase -> ws:相对而言,lowercase 又在上游,所以 lower 需要是个 readable 流

因此能够满足需求的 lowercase 必须是双向的流,具体使用 duplex 还是 transform 后面章节会提到。当然如果需求还有额外一些处理动作,比如字母还需要转成 ASCII 码,假定有一个双工流 ascii,那么代码简单改写

rs.pipe(lowercase).pipe(acsii).pipe(ws);

这样就完成了 package.json 文件字母转小写后处理成 acsii 码的需求

为什么应该使用 stream

有个用户 Web 在线看视频的场景,假定我们通过 HTTP 请求返回给用户电影内容,那么代码可能写成这样

const http = require('http');
const fs = require('fs'); http.createServer((req, res) => {
fs.readFile(moviePath, (err, data) => {
res.end(data);
});
}).listen(8080);

这样的代码又两个明显的问题

  1. 电影文件需要读完之后才能返回给客户,等待时间超长
  2. 电影文件需要一次放入内存中,内存吃不消

使用 stream 可以把电影文件一点点的放入内存中,然后一点点的返回给客户(利用了 HTTP 协议的 Transfer-Encoding: chunked 分段传输特性),用户体验得到优化,同时对内存的开销明显下降

const http = require('http');
const fs = require('fs'); http.createServer((req, res) => {
fs.createReadStream(moviePath).pipe(res);
}).listen(8080);

除了上述好处,stream 还让代码优雅了很多,功能逻辑独立,拓展也比较简单。比如需要对视频内容压缩,我们可以引入一个专门做此事的流,这个流不用关心其它部分做了什么,只要是接入管道中就可以了

const http = require('http');
const fs = require('fs');
const oppressor = require(oppressor); http.createServer((req, res) => {
fs.createReadStream(moviePath)
.pipe(oppressor)
.pipe(res);
}).listen(8080);

可以看出来使用流后代码逻辑变得相对独立,可维护性也会有一定的改善

05-02 15:04
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