جافاسكريبت والمولّدات غير المتزامنة (Async Generator Yield): إتقان التحكم في التدفقات والضغط العكسي

تُعد البرمجة غير المتزامنة حجر الزاوية في تطوير جافاسكريبت الحديث، خاصة عند التعامل مع عمليات الإدخال/الإخراج، وطلبات الشبكة، ومجموعات البيانات الضخمة. توفر المولّدات غير المتزامنة، جنبًا إلى جنب مع الكلمة المفتاحية yield، آلية قوية لإنشاء مكررات غير متزامنة، مما يتيح التحكم الفعال في التدفق وتطبيق الضغط العكسي. تتعمق هذه المقالة في تعقيدات المولّدات غير المتزامنة وتطبيقاتها، مقدمة أمثلة عملية ورؤى قابلة للتنفيذ.

فهم المولّدات غير المتزامنة

المولّد غير المتزامن هو دالة يمكنها إيقاف تنفيذها مؤقتًا واستئنافه لاحقًا، على غرار المولّدات العادية ولكن مع القدرة المضافة على التعامل مع القيم غير المتزامنة. الميزة الرئيسية الفاصلة هي استخدام الكلمة المفتاحية async قبل الكلمة المفتاحية function والكلمة المفتاحية yield لإصدار القيم بشكل غير متزامن. يسمح هذا للمولّد بإنتاج سلسلة من القيم بمرور الوقت، دون حظر الخيط الرئيسي.

الصيغة:

            async function* asyncGeneratorFunction() {
  // Asynchronous operations and yield statements
  yield await someAsyncOperation();
}

            

              
                Copy
              
            
          

دعنا نحلل الصيغة:

• async function*: تعلن عن دالة مولّد غير متزامن. علامة النجمة (*) تشير إلى أنها مولّد.
• yield: توقف تنفيذ المولّد وتعيد قيمة للمستدعي. عند استخدامها مع await (yield await)، فإنها تنتظر اكتمال العملية غير المتزامنة قبل إرجاع النتيجة.

إنشاء مولّد غير متزامن

إليك مثال بسيط لمولّد غير متزامن ينتج سلسلة من الأرقام بشكل غير متزامن:

            async function* numberGenerator(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simulate an asynchronous delay
    yield i;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، تقوم الدالة numberGenerator بإرجاع رقم كل 500 مللي ثانية. تضمن الكلمة المفتاحية await أن المولّد يتوقف مؤقتًا حتى يكتمل المهلة الزمنية.

استهلاك مولّد غير متزامن

لاستهلاك القيم التي ينتجها مولّد غير متزامن، يمكنك استخدام حلقة for await...of:

            async function consumeGenerator() {
  for await (const number of numberGenerator(5)) {
    console.log(number); // Output: 0, 1, 2, 3, 4 (with 500ms delay between each)
  }
  console.log('Done!');
}

consumeGenerator();

            

              
                Copy
              
            
          

تتكرر حلقة for await...of عبر القيم التي يُرجعها المولّد غير المتزامن. تضمن الكلمة المفتاحية await أن الحلقة تنتظر حتى يتم حل كل قيمة قبل المتابعة إلى التكرار التالي.

التحكم في التدفق باستخدام المولّدات غير المتزامنة

توفر المولّدات غير المتزامنة تحكمًا دقيقًا في تدفقات البيانات غير المتزامنة. تسمح لك بإيقاف التدفق واستئنافه وحتى إنهائه بناءً على شروط محددة. هذا مفيد بشكل خاص عند التعامل مع مجموعات بيانات كبيرة أو مصادر بيانات في الوقت الفعلي.

إيقاف التدفق واستئنافه

الكلمة المفتاحية yield توقف التدفق بطبيعتها. يمكنك إدخال منطق شرطي للتحكم في متى وكيف يتم استئناف التدفق.

مثال: تدفق بيانات محدود المعدل

            async function* rateLimitedStream(data, rateLimit) {
  for (const item of data) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, rateLimit));
    yield item;
  }
}

async function consumeRateLimitedStream(data, rateLimit) {
  for await (const item of rateLimitedStream(data, rateLimit)) {
    console.log('Processing:', item);
  }
}

const data = [1, 2, 3, 4, 5];
const rateLimit = 1000; // 1 second

consumeRateLimitedStream(data, rateLimit);

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، يتوقف مولّد rateLimitedStream لمدة محددة (rateLimit) قبل إرجاع كل عنصر، مما يتحكم بفعالية في معدل معالجة البيانات. هذا مفيد لتجنب إغراق المستهلكين النهائيين أو الالتزام بحدود معدل واجهة برمجة التطبيقات.

إنهاء التدفق

يمكنك إنهاء مولّد غير متزامن ببساطة عن طريق العودة من الدالة أو إلقاء خطأ. توفر الطريقتان return() و throw() لواجهة المكرر طريقة أكثر وضوحًا للإشارة إلى إنهاء المولّد.

مثال: إنهاء التدفق بناءً على شرط

            async function* conditionalStream(data, condition) {
  for (const item of data) {
    if (condition(item)) {
      console.log('Terminating stream...');
      return;
    }
    yield item;
  }
}

async function consumeConditionalStream(data, condition) {
  for await (const item of conditionalStream(data, condition)) {
    console.log('Processing:', item);
  }
  console.log('Stream completed.');
}

const data = [1, 2, 3, 4, 5];
const condition = (item) => item > 3;

consumeConditionalStream(data, condition);

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، ينتهي مولّد conditionalStream عندما تُرجع الدالة condition القيمة true لعنصر في البيانات. يسمح لك هذا بإيقاف معالجة التدفق بناءً على معايير ديناميكية.

الضغط العكسي مع المولّدات غير المتزامنة

الضغط العكسي (Backpressure) هو آلية حاسمة للتعامل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة حيث ينتج المنتج البيانات بشكل أسرع مما يمكن للمستهلك معالجتها. بدون الضغط العكسي، قد يصبح المستهلك مرهقًا، مما يؤدي إلى تدهور الأداء أو حتى الفشل. يمكن للمولّدات غير المتزامنة، جنبًا إلى جنب مع آليات الإشارة المناسبة، تطبيق الضغط العكسي بفعالية.

فهم الضغط العكسي

يتضمن الضغط العكسي قيام المستهلك بالإشارة إلى المنتج لإبطاء أو إيقاف تدفق البيانات حتى يكون جاهزًا لمعالجة المزيد من البيانات. هذا يمنع إرهاق المستهلك ويضمن الاستخدام الفعال للموارد.

استراتيجيات الضغط العكسي الشائعة:

• التخزين المؤقت (Buffering): يقوم المستهلك بتخزين البيانات الواردة مؤقتًا حتى يمكن معالجتها. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي هذا إلى مشاكل في الذاكرة إذا نما المخزن المؤقت بشكل كبير جدًا.
• الإسقاط (Dropping): يسقط المستهلك البيانات الواردة إذا لم يتمكن من معالجتها على الفور. هذا مناسب للسيناريوهات التي يكون فيها فقدان البيانات مقبولاً.
• الإشارة (Signaling): يشير المستهلك صراحةً إلى المنتج لإبطاء أو إيقاف تدفق البيانات. يوفر هذا أقصى درجات التحكم ويتجنب فقدان البيانات، ولكنه يتطلب التنسيق بين المنتج والمستهلك.

تطبيق الضغط العكسي باستخدام المولّدات غير المتزامنة

تسهل المولّدات غير المتزامنة تطبيق الضغط العكسي عن طريق السماح للمستهلك بإرسال إشارات مرة أخرى إلى المولّد من خلال طريقة next(). يمكن للمولّد بعد ذلك استخدام هذه الإشارات لضبط معدل إنتاج بياناته.

مثال: ضغط عكسي مدفوع من المستهلك

            async function* producer(consumer) {
  let i = 0;
  while (true) {
    const shouldContinue = await consumer(i);
    if (!shouldContinue) {
      console.log('Producer paused.');
      return;
    }
    yield i++;
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100)); // Simulate some work
  }
}

async function consumer(item) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('Consumed:', item);
      resolve(item < 10); // Stop after consuming 10 items
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  const generator = producer(consumer);
  for await (const value of generator) {
    // No consumer-side logic needed, it's handled by the consumer function
  }
  console.log('Stream completed.');
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال:

• الدالة producer هي مولّد غير متزامن يُرجع أرقامًا باستمرار. تأخذ دالة consumer كوسيط.
• تحاكي الدالة consumer المعالجة غير المتزامنة للبيانات. تُرجع وعدًا (promise) يتم حله بقيمة منطقية تشير إلى ما إذا كان يجب على المنتج متابعة توليد البيانات.
• تنتظر الدالة producer نتيجة دالة consumer قبل إرجاع القيمة التالية. يسمح هذا للمستهلك بالإشارة إلى الضغط العكسي للمنتج.

يعرض هذا المثال شكلاً أساسيًا من أشكال الضغط العكسي. قد تتضمن التطبيقات الأكثر تعقيدًا التخزين المؤقت من جانب المستهلك، وتعديل المعدل الديناميكي، ومعالجة الأخطاء.

تقنيات واعتبارات متقدمة

معالجة الأخطاء

تعتبر معالجة الأخطاء أمرًا بالغ الأهمية عند العمل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة. يمكنك استخدام كتل try...catch داخل المولّد غير المتزامن لالتقاط ومعالجة الأخطاء التي قد تحدث أثناء العمليات غير المتزامنة.

مثال: معالجة الأخطاء في مولّد غير متزامن

            async function* errorProneGenerator() {
  try {
    const result = await someAsyncOperationThatMightFail();
    yield result;
  } catch (error) {
    console.error('Error:', error);
    // Decide whether to re-throw, yield a default value, or terminate the stream
    yield null; // Yield a default value and continue
    //throw error;  // Re-throw the error to terminate the stream
    //return;       // Terminate the stream gracefully
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

يمكنك أيضًا استخدام طريقة throw() للمكرر لحقن خطأ في المولّد من الخارج.

تحويل التدفقات

يمكن ربط المولّدات غير المتزامنة معًا لإنشاء خطوط أنابيب لمعالجة البيانات. يمكنك إنشاء دوال تقوم بتحويل مخرجات مولّد غير متزامن إلى مدخلات لآخر.

مثال: خط أنابيب تحويل بسيط

            async function* mapStream(source, transform) {
  for await (const item of source) {
    yield transform(item);
  }
}

async function* filterStream(source, filter) {
  for await (const item of source) {
    if (filter(item)) {
      yield item;
    }
  }
}

// Example usage:
async function main() {
  async function* numberGenerator(limit) {
    for (let i = 0; i < limit; i++) {
      yield i;
    }
  }

  const source = numberGenerator(10);
  const doubled = mapStream(source, (x) => x * 2);
  const evenNumbers = filterStream(doubled, (x) => x % 2 === 0);

  for await (const number of evenNumbers) {
    console.log(number); // Output: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، تقوم الدالتان mapStream و filterStream بتحويل وتصفية تدفق البيانات على التوالي. يسمح لك هذا بإنشاء خطوط أنابيب معقدة لمعالجة البيانات من خلال الجمع بين عدة مولّدات غير متزامنة.

مقارنة مع أساليب التدفق الأخرى

بينما توفر المولّدات غير المتزامنة طريقة قوية للتعامل مع التدفقات غير المتزامنة، توجد أساليب أخرى، مثل واجهة برمجة تطبيقات تدفقات جافاسكريبت (ReadableStream, WritableStream, إلخ) ومكتبات مثل RxJS. لكل نهج نقاط قوته وضعفه.

• المولّدات غير المتزامنة: توفر طريقة بسيطة وبديهية نسبيًا لإنشاء مكررات غير متزامنة وتطبيق الضغط العكسي. إنها مناسبة تمامًا للسيناريوهات التي تحتاج فيها إلى تحكم دقيق في التدفق ولا تتطلب القوة الكاملة لمكتبة برمجة تفاعلية.
• واجهة برمجة تطبيقات تدفقات جافاسكريبت: توفر طريقة أكثر توحيدًا وأداءً للتعامل مع التدفقات، خاصة في المتصفح. توفر دعمًا مدمجًا للضغط العكسي وتحويلات التدفق المختلفة.
• RxJS: مكتبة برمجة تفاعلية قوية توفر مجموعة غنية من المعاملات لتحويل وتصفية ودمج تدفقات البيانات غير المتزامنة. إنها مناسبة تمامًا للسيناريوهات المعقدة التي تتضمن بيانات في الوقت الفعلي ومعالجة الأحداث.

يعتمد اختيار النهج على المتطلبات المحددة لتطبيقك. بالنسبة لمهام معالجة التدفق البسيطة، قد تكون المولّدات غير المتزامنة كافية. بالنسبة للسيناريوهات الأكثر تعقيدًا، قد تكون واجهة برمجة تطبيقات تدفقات جافاسكريبت أو RxJS أكثر ملاءمة.

تطبيقات في العالم الحقيقي

تعتبر المولّدات غير المتزامنة ذات قيمة في سيناريوهات العالم الحقيقي المختلفة:

• قراءة الملفات الكبيرة: قراءة الملفات الكبيرة جزءًا تلو الآخر دون تحميل الملف بالكامل في الذاكرة. هذا أمر حاسم لمعالجة الملفات الأكبر من ذاكرة الوصول العشوائي المتاحة. ضع في اعتبارك سيناريوهات تتضمن تحليل ملفات السجل (مثل تحليل سجلات خادم الويب للتهديدات الأمنية عبر خوادم موزعة جغرافيًا) أو معالجة مجموعات البيانات العلمية الكبيرة (مثل تحليل البيانات الجينومية التي تتضمن بيتابايت من المعلومات المخزنة في مواقع متعددة).
• جلب البيانات من واجهات برمجة التطبيقات (APIs): تطبيق الترقيم عند جلب البيانات من واجهات برمجة التطبيقات التي تُرجع مجموعات بيانات كبيرة. يمكنك جلب البيانات على دفعات وإرجاع كل دفعة عند توفرها، مما يجنب إرهاق خادم واجهة برمجة التطبيقات. ضع في اعتبارك سيناريوهات مثل منصات التجارة الإلكترونية التي تجلب ملايين المنتجات، أو مواقع التواصل الاجتماعي التي تبث سجل منشورات المستخدم بالكامل.
• تدفقات البيانات في الوقت الفعلي: معالجة تدفقات البيانات في الوقت الفعلي من مصادر مثل WebSockets أو الأحداث المرسلة من الخادم. تطبيق الضغط العكسي لضمان قدرة المستهلك على مواكبة تدفق البيانات. ضع في اعتبارك الأسواق المالية التي تتلقى بيانات أسعار الأسهم من بورصات عالمية متعددة، أو مستشعرات إنترنت الأشياء التي تصدر بيانات بيئية باستمرار.
• تفاعلات قاعدة البيانات: بث نتائج الاستعلام من قواعد البيانات، ومعالجة البيانات صفًا بصف بدلاً من تحميل مجموعة النتائج بأكملها في الذاكرة. هذا مفيد بشكل خاص لجداول قاعدة البيانات الكبيرة. ضع في اعتبارك السيناريوهات التي يقوم فيها بنك دولي بمعالجة المعاملات من ملايين الحسابات أو تقوم شركة لوجستية عالمية بتحليل مسارات التسليم عبر القارات.
• معالجة الصور والفيديو: معالجة بيانات الصور والفيديو على شكل أجزاء، وتطبيق التحويلات والفلاتر حسب الحاجة. يسمح لك هذا بالعمل مع ملفات الوسائط الكبيرة دون الوقوع في قيود الذاكرة. ضع في اعتبارك تحليل صور الأقمار الصناعية للمراقبة البيئية (مثل تتبع إزالة الغابات) أو معالجة لقطات المراقبة من كاميرات أمنية متعددة.

الخاتمة

توفر مولّدات جافاسكريبت غير المتزامنة آلية قوية ومرنة للتعامل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة. من خلال الجمع بين المولّدات غير المتزامنة والكلمة المفتاحية yield، يمكنك إنشاء مكررات فعالة، وتطبيق التحكم في التدفق، وإدارة الضغط العكسي بفعالية. يعد فهم هذه المفاهيم أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات قوية وقابلة للتطوير يمكنها التعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة وتدفقات البيانات في الوقت الفعلي. من خلال الاستفادة من التقنيات التي تمت مناقشتها في هذه المقالة، يمكنك تحسين الكود غير المتزامن الخاص بك وإنشاء تطبيقات أكثر استجابة وكفاءة، بغض النظر عن الموقع الجغرافي أو الاحتياجات المحددة للمستخدمين.