مولدات JavaScript Async: شرح معالجة الدفق والضغط العكسي

تعتبر البرمجة غير المتزامنة حجر الزاوية في تطوير JavaScript الحديث، مما يمكّن التطبيقات من التعامل مع عمليات الإدخال/الإخراج دون حظر الخيط الرئيسي. توفر المولدات غير المتزامنة، التي تم تقديمها في ECMAScript 2018، طريقة قوية وأنيقة للعمل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة. فهي تجمع بين فوائد الوظائف غير المتزامنة والمولدات، مما يوفر آلية قوية لمعالجة البيانات بطريقة قابلة للتكرار وغير حظر. تقدم هذه المقالة استكشافًا شاملاً لمولدات JavaScript async، مع التركيز على قدراتها لمعالجة الدفق وإدارة الضغط العكسي، وهما مفاهيم أساسية لبناء تطبيقات فعالة وقابلة للتطوير.

ما هي المولدات غير المتزامنة؟

قبل الغوص في المولدات غير المتزامنة، دعنا نراجع بإيجاز المولدات المتزامنة والوظائف غير المتزامنة. المولد المتزامن هو دالة يمكن إيقافها مؤقتًا واستئنافها، مع إعطاء قيم واحدة في كل مرة. تعيد الدالة غير المتزامنة (التي يتم الإعلان عنها باستخدام الكلمة الأساسية async) دائمًا وعدًا ويمكنها استخدام الكلمة الأساسية await لإيقاف التنفيذ مؤقتًا حتى يتم حل الوعد.

المولد غير المتزامن هو دالة تجمع بين هذين المفهومين. يتم الإعلان عنها باستخدام بناء الجملة async function* وتُرجع مكررًا غير متزامنًا. يتيح لك هذا المكرر غير المتزامن التكرار على القيم بشكل غير متزامن، باستخدام await داخل الحلقة للتعامل مع الوعود التي يتم حلها إلى القيمة التالية.

إليك مثال بسيط:

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i < max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simulate async operation
    yield i;
  }
}

(async () => {
  for await (const number of generateNumbers(5)) {
    console.log(number);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، generateNumbers هي دالة مولد غير متزامن. إنها تعطي أرقامًا من 0 إلى 4، مع تأخير 500 مللي ثانية بين كل عوائد. تتكرر حلقة for await...of بشكل غير متزامن على القيم التي تم الحصول عليها بواسطة المولد. لاحظ استخدام await للتعامل مع الوعد الذي يغلف كل قيمة يتم الحصول عليها، مما يضمن أن الحلقة تنتظر حتى تكون كل قيمة جاهزة قبل المتابعة.

فهم المكررات غير المتزامنة

تُرجع المولدات غير المتزامنة مكررات غير متزامنة. المكرر غير المتزامن هو كائن يوفر طريقة next(). تعيد طريقة next() وعدًا يتم حله إلى كائن له خاصيتان:

• value: القيمة التالية في التسلسل.
• done: قيمة منطقية تشير إلى ما إذا كان المكرر قد اكتمل.

تتعامل حلقة for await...of تلقائيًا مع استدعاء طريقة next() واستخراج خصائص value و done. يمكنك أيضًا التفاعل مع المكرر غير المتزامن مباشرة، على الرغم من أنه أقل شيوعًا:

            
async function* generateValues() {
  yield Promise.resolve(1);
  yield Promise.resolve(2);
  yield Promise.resolve(3);
}

(async () => {
  const iterator = generateValues();

  let result = await iterator.next();
  console.log(result); // Output: { value: 1, done: false }

  result = await iterator.next();
  console.log(result); // Output: { value: 2, done: false }

  result = await iterator.next();
  console.log(result); // Output: { value: 3, done: false }

  result = await iterator.next();
  console.log(result); // Output: { value: undefined, done: true }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

معالجة الدفق باستخدام مولدات Async

تعتبر مولدات Async مناسبة بشكل خاص لمعالجة الدفق. تتضمن معالجة الدفق التعامل مع البيانات كتدفق مستمر، بدلاً من معالجة مجموعة البيانات بأكملها مرة واحدة. هذا النهج مفيد بشكل خاص عند التعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة أو خلاصات البيانات في الوقت الفعلي أو عمليات الإدخال/الإخراج.

تخيل أنك تقوم ببناء نظام يعالج ملفات السجل من خوادم متعددة. بدلاً من تحميل ملفات السجل بأكملها في الذاكرة، يمكنك استخدام مولد async لقراءة ملفات السجل سطرًا سطرًا ومعالجة كل سطر بشكل غير متزامن. هذا يتجنب اختناقات الذاكرة ويسمح لك ببدء معالجة بيانات السجل بمجرد توفرها.

إليك مثال على قراءة ملف سطرًا سطرًا باستخدام مولد async في Node.js:

            
const fs = require('fs');
const readline = require('readline');

async function* readLines(filePath) {
  const fileStream = fs.createReadStream(filePath);

  const rl = readline.createInterface({
    input: fileStream,
    crlfDelay: Infinity
  });

  for await (const line of rl) {
    yield line;
  }
}

(async () => {
  const filePath = 'path/to/your/log/file.txt'; // Replace with the actual file path
  for await (const line of readLines(filePath)) {
    // Process each line here
    console.log(`Line: ${line}`);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، readLines هو مولد async يقرأ ملفًا سطرًا سطرًا باستخدام وحدات fs و readline الخاصة بـ Node.js. ثم تتكرر حلقة for await...of فوق الأسطر وتعالج كل سطر بمجرد توفره. يضمن الخيار crlfDelay: Infinity المعالجة الصحيحة لإنهاء الأسطر عبر أنظمة التشغيل المختلفة (Windows و macOS و Linux).

الضغط العكسي: التعامل مع تدفق البيانات غير المتزامن

عند معالجة تدفقات البيانات، من الضروري التعامل مع الضغط العكسي. يحدث الضغط العكسي عندما تتجاوز معدل إنتاج البيانات (عن طريق المنبع) المعدل الذي يمكن استهلاكه (عن طريق المصب). إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح، يمكن أن يؤدي الضغط العكسي إلى مشكلات في الأداء أو استنفاد الذاكرة أو حتى أعطال التطبيق.

توفر المولدات غير المتزامنة آلية طبيعية للتعامل مع الضغط العكسي. تؤدي الكلمة الأساسية yield ضمنيًا إلى إيقاف المولد مؤقتًا حتى يتم طلب القيمة التالية، مما يسمح للمستهلك بالتحكم في المعدل الذي تتم به معالجة البيانات. هذا مهم بشكل خاص في السيناريوهات التي يقوم فيها المستهلك بإجراء عمليات مكلفة على كل عنصر بيانات.

ضع في اعتبارك مثالاً حيث تقوم بجلب البيانات من واجهة برمجة تطبيقات خارجية ومعالجتها. قد تكون واجهة برمجة التطبيقات قادرة على إرسال البيانات بشكل أسرع مما يمكن لتطبيقك معالجته. بدون ضغط عكسي، قد يغمر تطبيقك.

            
async function* fetchDataFromAPI(url) {
  let page = 1;
  while (true) {
    const response = await fetch(`${url}?page=${page}`);
    const data = await response.json();

    if (data.length === 0) {
      break; // No more data
    }

    for (const item of data) {
      yield item;
    }

    page++;
    // No explicit delay here, relying on consumer to control rate
  }
}

async function processData() {
  const apiURL = 'https://api.example.com/data'; // Replace with your API URL
  for await (const item of fetchDataFromAPI(apiURL)) {
    // Simulate expensive processing
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100)); // 100ms delay
    console.log('Processing:', item);
  }
}

processData();

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال، fetchDataFromAPI هو مولد async يقوم بجلب البيانات من واجهة برمجة التطبيقات في صفحات. تقوم الدالة processData باستهلاك البيانات وتحاكي المعالجة المكلفة عن طريق إضافة تأخير 100 مللي ثانية لكل عنصر. يؤدي التأخير في المستهلك فعليًا إلى إنشاء ضغط عكسي، مما يمنع المولد من جلب البيانات بسرعة كبيرة.

آليات الضغط العكسي الصريحة: في حين أن الإيقاف المؤقت المتأصل في yield يوفر ضغطًا عكسيًا أساسيًا، يمكنك أيضًا تنفيذ آليات أكثر صراحة. على سبيل المثال، يمكنك إدخال مخزن مؤقت أو محدد معدل للتحكم بشكل أكبر في تدفق البيانات.

التقنيات وحالات الاستخدام المتقدمة

تحويل التدفقات

يمكن ربط مولدات Async معًا لإنشاء مسارات معالجة بيانات معقدة. يمكنك استخدام مولد async واحد لتحويل البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة آخر. يتيح لك ذلك إنشاء مكونات معالجة بيانات معيارية وقابلة لإعادة الاستخدام.

            
async function* transformData(source) {
  for await (const item of source) {
    const transformedItem = item * 2; // Example transformation
    yield transformedItem;
  }
}

// Usage (assuming fetchDataFromAPI from the previous example)
(async () => {
  const apiURL = 'https://api.example.com/data'; // Replace with your API URL
  const transformedStream = transformData(fetchDataFromAPI(apiURL));

  for await (const item of transformedStream) {
    console.log('Transformed:', item);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

معالجة الأخطاء

تعتبر معالجة الأخطاء أمرًا بالغ الأهمية عند العمل مع العمليات غير المتزامنة. يمكنك استخدام كتل try...catch داخل مولدات async للتعامل مع الأخطاء التي تحدث أثناء معالجة البيانات. يمكنك أيضًا استخدام طريقة throw للمكرر غير المتزامن للإشارة إلى خطأ إلى المستهلك.

            
async function* processDataWithErrorHandling(source) {
  try {
    for await (const item of source) {
      if (item === null) {
        throw new Error('Invalid data: null value encountered');
      }
      yield item;
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error in generator:', error);
    // Optionally re-throw the error to propagate it to the consumer
    // throw error;
  }
}

(async () => {
    async function* generateWithNull(){
        yield 1;
        yield null;
        yield 3;
    }

  const dataStream = processDataWithErrorHandling(generateWithNull());

  try {
    for await (const item of dataStream) {
      console.log('Processing:', item);
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error in consumer:', error);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

حالات الاستخدام في العالم الحقيقي

• مسارات البيانات في الوقت الفعلي: معالجة البيانات من المستشعرات أو الأسواق المالية أو خلاصات الوسائط الاجتماعية. تتيح لك المولدات غير المتزامنة التعامل مع هذه التدفقات المستمرة من البيانات بكفاءة والتفاعل مع الأحداث في الوقت الفعلي. على سبيل المثال، مراقبة أسعار الأسهم وتفعيل التنبيهات عند الوصول إلى حد معين.
• معالجة الملفات الكبيرة: قراءة ومعالجة ملفات السجل الكبيرة أو ملفات CSV أو ملفات الوسائط المتعددة. تتجنب المولدات غير المتزامنة تحميل الملف بأكمله في الذاكرة، مما يسمح لك بمعالجة الملفات الأكبر من ذاكرة الوصول العشوائي المتوفرة. تشمل الأمثلة تحليل سجلات حركة مرور موقع الويب أو معالجة تدفقات الفيديو.
• تفاعلات قاعدة البيانات: جلب مجموعات بيانات كبيرة من قواعد البيانات على شكل أجزاء. يمكن استخدام المولدات غير المتزامنة للتكرار على مجموعة النتائج دون تحميل مجموعة البيانات بأكملها في الذاكرة. هذا مفيد بشكل خاص عند التعامل مع الجداول الكبيرة أو الاستعلامات المعقدة. على سبيل المثال، التقسيم على صفحات عبر قائمة المستخدمين في قاعدة بيانات كبيرة.
• اتصال الخدمات المصغرة: التعامل مع الرسائل غير المتزامنة بين الخدمات المصغرة. يمكن للمولدات غير المتزامنة تسهيل معالجة الأحداث من قوائم انتظار الرسائل (مثل Kafka و RabbitMQ) وتحويلها لخدمات المصب.
• WebSockets و Server-Sent Events (SSE): معالجة البيانات في الوقت الفعلي التي يتم دفعها من الخوادم إلى العملاء. يمكن للمولدات غير المتزامنة التعامل بكفاءة مع الرسائل الواردة من تدفقات WebSockets أو SSE وتحديث واجهة المستخدم وفقًا لذلك. على سبيل المثال، عرض التحديثات المباشرة من لعبة رياضية أو لوحة معلومات مالية.

فوائد استخدام المولدات غير المتزامنة

• تحسين الأداء: تمكّن المولدات غير المتزامنة عمليات الإدخال/الإخراج غير المحظورة، مما يحسن استجابة تطبيقاتك وقابليتها للتوسع.
• تقليل استهلاك الذاكرة: تتجنب معالجة الدفق باستخدام المولدات غير المتزامنة تحميل مجموعات البيانات الكبيرة في الذاكرة، مما يقلل من استهلاك الذاكرة ويمنع أخطاء نفاد الذاكرة.
• تبسيط التعليمات البرمجية: توفر المولدات غير المتزامنة طريقة أنظف وأكثر قابلية للقراءة للعمل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة مقارنةً بنهج الاعتماد على رد الاتصال أو النهج القائمة على الوعد.
• تحسين التعامل مع الأخطاء: تسمح لك المولدات غير المتزامنة بمعالجة الأخطاء بأناقة ونشرها إلى المستهلك.
• إدارة الضغط العكسي: توفر المولدات غير المتزامنة آلية مضمنة للتعامل مع الضغط العكسي، ومنع تحميل البيانات الزائد وضمان تدفق البيانات بسلاسة.
• التركيب: يمكن ربط المولدات غير المتزامنة معًا لإنشاء مسارات معالجة بيانات معقدة، مما يعزز النمطية وقابلية إعادة الاستخدام.

بدائل لمولدات Async

في حين أن المولدات غير المتزامنة توفر نهجًا قويًا لمعالجة الدفق، توجد خيارات أخرى، لكل منها مفاضلاته الخاصة.

• المراقبون (RxJS): يوفر المراقبون، وخاصة من مكتبات مثل RxJS، إطار عمل قوي وغني بالميزات لتدفقات البيانات غير المتزامنة. إنها توفر عوامل لتحويل وتصفية ودمج التدفقات، وتحكمًا ممتازًا في الضغط العكسي. ومع ذلك، فإن RxJS لديه منحنى تعليمي أكثر حدة من المولدات غير المتزامنة ويمكن أن يؤدي إلى تعقيد أكبر في مشروعك.
• واجهة برمجة التطبيقات Streams (Node.js): توفر واجهة برمجة التطبيقات Streams المضمنة في Node.js آلية منخفضة المستوى للتعامل مع بيانات الدفق. يوفر أنواعًا مختلفة من التدفقات (قابلة للقراءة، قابلة للكتابة، التحويل) والتحكم في الضغط العكسي من خلال الأحداث والطرق. يمكن أن تكون واجهة برمجة التطبيقات Streams أكثر تفصيلاً وتتطلب إدارة يدوية أكثر من المولدات غير المتزامنة.
• النهج القائمة على رد الاتصال أو النهج القائمة على الوعد: في حين أنه يمكن استخدام هذه الأساليب للبرمجة غير المتزامنة، فإنها غالبًا ما تؤدي إلى تعليمات برمجية معقدة ويصعب صيانتها، خاصة عند التعامل مع التدفقات. كما أنها تتطلب تطبيقًا يدويًا لآليات الضغط العكسي.

الخلاصة

توفر مولدات JavaScript async حلاً قويًا وأنيقًا لمعالجة الدفق وإدارة الضغط العكسي في تطبيقات JavaScript غير المتزامنة. من خلال الجمع بين فوائد الوظائف غير المتزامنة والمولدات، فإنها توفر طريقة مرنة وفعالة للتعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة وخلاصات البيانات في الوقت الفعلي وعمليات الإدخال/الإخراج. يعد فهم المولدات غير المتزامنة أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات ويب حديثة وقابلة للتطوير وسريعة الاستجابة. إنها تتفوق في إدارة تدفقات البيانات وضمان أن تطبيقك يمكنه التعامل مع تدفق البيانات بكفاءة، ومنع عنق الزجاجة في الأداء وضمان تجربة مستخدم سلسة، خاصة عند العمل مع واجهات برمجة التطبيقات الخارجية أو الملفات الكبيرة أو البيانات في الوقت الفعلي.

من خلال فهم المولدات غير المتزامنة والاستفادة منها، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات أكثر قوة وقابلية للتطوير وقابلة للصيانة يمكنها التعامل مع متطلبات بيئات البيانات الحديثة المكثفة. سواء كنت تقوم ببناء مسار بيانات في الوقت الفعلي أو معالجة ملفات كبيرة أو التفاعل مع قواعد البيانات، توفر المولدات غير المتزامنة أداة قيمة لمعالجة تحديات البيانات غير المتزامنة.