مُجمِّعات المكرِّرات غير المتزامنة في JavaScript: تحويل تدفقات البيانات للتطبيقات الحديثة

في المشهد سريع التطور لتطوير الويب والتطبيقات من جانب الخادم، تعد معالجة تدفقات البيانات غير المتزامنة بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية. توفر المكررات غير المتزامنة في JavaScript، مقترنةً بالمجمعات القوية، حلاً أنيقًا وعالي الأداء لتحويل هذه التدفقات والتعامل معها. يستكشف هذا الدليل الشامل مفهوم مجمعات المكررات غير المتزامنة، ويعرض فوائدها وتطبيقاتها العملية والاعتبارات العالمية للمطورين في جميع أنحاء العالم.

فهم المكررات غير المتزامنة والمولدات غير المتزامنة

قبل الغوص في المجمعات، دعنا نؤسس فهمًا راسخًا للمكررات غير المتزامنة والمولدات غير المتزامنة. هذه الميزات، التي تم تقديمها في ECMAScript 2018، تمكننا من العمل مع تسلسلات البيانات غير المتزامنة بطريقة منظمة ويمكن التنبؤ بها.

المكررات غير المتزامنة

المكرر غير المتزامن هو كائن يوفر دالة next()، والتي تُرجع وعدًا (promise) يتم حله إلى كائن له خاصيتان: value و done. تحتوي خاصية value على القيمة التالية في التسلسل، وتشير خاصية done إلى ما إذا كان المكرر قد وصل إلى نهاية التسلسل.

إليك مثال بسيط:

            
const asyncIterable = {
  [Symbol.asyncIterator]() {
    let i = 0;
    return {
      async next() {
        await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100)); // Simulate asynchronous operation
        if (i < 3) {
          return { value: i++, done: false };
        } else {
          return { value: undefined, done: true };
        }
      }
    };
  }
};

(async () => {
  for await (const value of asyncIterable) {
    console.log(value); // Output: 0, 1, 2
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

المولدات غير المتزامنة

توفر المولدات غير المتزامنة صيغة أكثر إيجازًا لإنشاء المكررات غير المتزامنة. هي دوال مُعلنة بصيغة async function*، وتستخدم الكلمة المفتاحية yield لإنتاج القيم بشكل غير متزامن.

إليك نفس المثال باستخدام مولد غير متزامن:

            
async function* asyncGenerator() {
  let i = 0;
  while (i < 3) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
    yield i++;
  }
}

(async () => {
  for await (const value of asyncGenerator()) {
    console.log(value); // Output: 0, 1, 2
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

تعتبر المكررات والمولدات غير المتزامنة لبنات بناء أساسية للعمل مع تدفقات البيانات غير المتزامنة في JavaScript. فهي تمكننا من معالجة البيانات فور توفرها، دون حظر الخيط الرئيسي.

مقدمة إلى مجمعات المكررات غير المتزامنة

مجمعات المكررات غير المتزامنة هي دوال تأخذ مكررًا غير متزامن واحدًا أو أكثر كمدخلات وتعيد مكررًا غير متزامن جديدًا يقوم بتحويل أو دمج تدفقات الإدخال بطريقة ما. وهي مستوحاة من مفاهيم البرمجة الوظيفية وتوفر طريقة قوية وقابلة للتركيب للتعامل مع البيانات غير المتزامنة.

على الرغم من أن JavaScript لا تحتوي على مجمعات مكررات غير متزامنة مدمجة مثل بعض اللغات الوظيفية، يمكننا بسهولة تنفيذها بأنفسنا أو استخدام المكتبات الموجودة. دعنا نستكشف بعض المجمعات الشائعة والمفيدة.

1. map

يُطبّق مُجمِّع map دالة معينة على كل قيمة يصدرها المكرر غير المتزامن المدخل ويعيد مكررًا غير متزامن جديدًا يصدر القيم المحولة. هذا يماثل دالة map للمصفوفات.

            
async function* map(iterable, fn) {
  for await (const value of iterable) {
    yield await fn(value);
  }
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

async function square(x) {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50)); // Simulate async operation
  return x * x;
}

(async () => {
  const squaredNumbers = map(numberGenerator(), square);
  for await (const value of squaredNumbers) {
    console.log(value); // Output: 1, 4, 9 (with delays)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: مُجمِّع map قابل للتطبيق على نطاق واسع عبر مختلف المناطق والصناعات. عند تطبيق التحويلات، ضع في اعتبارك متطلبات التوطين والعولمة. على سبيل المثال، إذا كنت تقوم بتحويل بيانات تتضمن تواريخ أو أرقامًا، فتأكد من أن دالة التحويل تتعامل مع التنسيقات الإقليمية المختلفة بشكل صحيح.

2. filter

يُصدر مُجمِّع filter فقط القيم من المكرر غير المتزامن المدخل التي تحقق دالة شرطية معينة.

            
async function* filter(iterable, predicate) {
  for await (const value of iterable) {
    if (await predicate(value)) {
      yield value;
    }
  }
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
}

async function isEven(x) {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  return x % 2 === 0;
}

(async () => {
  const evenNumbers = filter(numberGenerator(), isEven);
  for await (const value of evenNumbers) {
    console.log(value); // Output: 2, 4 (with delays)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: قد تحتاج الدوال الشرطية المستخدمة في filter إلى مراعاة الاختلافات الثقافية أو الإقليمية في البيانات. على سبيل المثال، قد يتطلب تصفية بيانات المستخدمين بناءً على العمر عتبات مختلفة أو اعتبارات قانونية في بلدان مختلفة.

3. take

يُصدر مُجمِّع take فقط أول n قيم من المكرر غير المتزامن المدخل.

            
async function* take(iterable, n) {
  let i = 0;
  for await (const value of iterable) {
    if (i < n) {
      yield value;
      i++;
    } else {
      return;
    }
  }
}

// Example:
async function* infiniteNumberGenerator() {
  let i = 0;
  while (true) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield i++;
  }
}

(async () => {
  const firstFiveNumbers = take(infiniteNumberGenerator(), 5);
  for await (const value of firstFiveNumbers) {
    console.log(value); // Output: 0, 1, 2, 3, 4 (with delays)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: يمكن أن يكون take مفيدًا في السيناريوهات التي تحتاج فيها إلى معالجة مجموعة فرعية محدودة من تدفق بيانات لا نهائي محتمل. فكر في استخدامه للحد من طلبات واجهة برمجة التطبيقات أو استعلامات قاعدة البيانات لتجنب إرهاق الأنظمة في مناطق مختلفة ذات قدرات بنية تحتية متفاوتة.

4. drop

يتخطى مُجمِّع drop أول n قيم من المكرر غير المتزامن المدخل ويصدر القيم المتبقية.

            
async function* drop(iterable, n) {
  let i = 0;
  for await (const value of iterable) {
    if (i >= n) {
      yield value;
    } else {
      i++;
    }
  }
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
}

(async () => {
  const remainingNumbers = drop(numberGenerator(), 2);
  for await (const value of remainingNumbers) {
    console.log(value); // Output: 3, 4, 5
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: على غرار take، يمكن أن يكون drop ذا قيمة عند التعامل مع مجموعات بيانات كبيرة. إذا كان لديك تدفق بيانات من قاعدة بيانات موزعة عالميًا، فيمكنك استخدام drop لتخطي السجلات التي تمت معالجتها بالفعل بناءً على طابع زمني أو رقم تسلسلي، مما يضمن المزامنة الفعالة عبر المواقع الجغرافية المختلفة.

5. reduce

يُجمِّع مُجمِّع reduce القيم من المكرر غير المتزامن المدخل في قيمة واحدة باستخدام دالة تخفيض معينة. هذا يشبه دالة reduce للمصفوفات.

            
async function reduce(iterable, reducer, initialValue) {
  let accumulator = initialValue;
  for await (const value of iterable) {
    accumulator = await reducer(accumulator, value);
  }
  return accumulator;
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
}

async function sum(a, b) {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  return a + b;
}

(async () => {
  const total = await reduce(numberGenerator(), sum, 0);
  console.log(total); // Output: 15 (after delays)
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: عند استخدام reduce، خاصة في الحسابات المالية أو العلمية، كن على دراية بأخطاء الدقة والتقريب عبر المنصات والمناطق المختلفة. استخدم المكتبات أو التقنيات المناسبة لضمان نتائج دقيقة بغض النظر عن الموقع الجغرافي للمستخدم.

6. flatMap

يُطبّق مُجمِّع flatMap دالة على كل قيمة يصدرها المكرر غير المتزامن المدخل، والتي تُرجع مكررًا غير متزامن آخر. ثم يقوم بتسوية المكررات غير المتزامنة الناتجة في مكرر غير متزامن واحد.

            
async function* flatMap(iterable, fn) {
  for await (const value of iterable) {
    const innerIterable = await fn(value);
    for await (const innerValue of innerIterable) {
      yield innerValue;
    }
  }
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

async function* duplicate(x) {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  yield x;
  yield x;
}

(async () => {
  const duplicatedNumbers = flatMap(numberGenerator(), duplicate);
  for await (const value of duplicatedNumbers) {
    console.log(value); // Output: 1, 1, 2, 2, 3, 3 (with delays)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: يُعد flatMap مفيدًا لتحويل تدفق من البيانات إلى تدفق من البيانات ذات الصلة. على سبيل المثال، إذا كان كل عنصر من التدفق الأصلي يمثل بلدًا، فيمكن لدالة التحويل جلب قائمة بالمدن داخل ذلك البلد. كن على دراية بحدود معدل استدعاء واجهات برمجة التطبيقات وزمن الاستجابة عند جلب البيانات من مصادر عالمية مختلفة، وقم بتنفيذ آليات التخزين المؤقت أو التحكم في التدفق المناسبة.

7. forEach

ينفذ مُجمِّع forEach دالة مقدمة مرة واحدة لكل قيمة من المكرر غير المتزامن المدخل. على عكس المجمعات الأخرى، فإنه لا يُرجع مكررًا غير متزامن جديدًا؛ يتم استخدامه للتأثيرات الجانبية.

            
async function forEach(iterable, fn) {
  for await (const value of iterable) {
    await fn(value);
  }
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

async function logNumber(x) {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  console.log("Processing:", x);
}

(async () => {
  await forEach(numberGenerator(), logNumber);
  console.log("Done processing.");
  // Output: Processing: 1, Processing: 2, Processing: 3, Done processing. (with delays)
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: يمكن استخدام forEach لتشغيل إجراءات مثل التسجيل أو إرسال الإشعارات أو تحديث عناصر واجهة المستخدم. عند استخدامه في تطبيق موزع عالميًا، ضع في اعتبارك الآثار المترتبة على تنفيذ الإجراءات في مناطق زمنية مختلفة أو في ظل ظروف شبكة متفاوتة. قم بتنفيذ معالجة الأخطاء وآليات إعادة المحاولة المناسبة لضمان الموثوقية.

8. toArray

يجمع مُجمِّع toArray كل القيم من المكرر غير المتزامن المدخل في مصفوفة.

            
async function toArray(iterable) {
  const result = [];
  for await (const value of iterable) {
    result.push(value);
  }
  return result;
}

// Example:
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

(async () => {
  const numbersArray = await toArray(numberGenerator());
  console.log(numbersArray); // Output: [1, 2, 3]
})();

            

              
                Copy
              
            
          

اعتبار عالمي: استخدم toArray بحذر عند التعامل مع تدفقات بيانات لا نهائية أو كبيرة جدًا، حيث قد يؤدي ذلك إلى استنفاد الذاكرة. بالنسبة لمجموعات البيانات الكبيرة جدًا، فكر في أساليب بديلة مثل معالجة البيانات على دفعات أو استخدام واجهات برمجة تطبيقات التدفق. إذا كنت تعمل مع محتوى أنشأه المستخدمون من جميع أنحاء العالم، فكن على دراية بترميزات الأحرف واتجاهات النص المختلفة عند تخزين البيانات في مصفوفة.

تركيب المجمعات

تكمن القوة الحقيقية لمجمعات المكررات غير المتزامنة في قابليتها للتركيب. يمكنك ربط عدة مجمعات معًا لإنشاء خطوط أنابيب معقدة لمعالجة البيانات.

على سبيل المثال، لنفترض أن لديك مكررًا غير متزامن يصدر تدفقًا من الأرقام، وتريد تصفية الأرقام الفردية، وتربيع الأرقام الزوجية، ثم أخذ النتائج الثلاث الأولى. يمكنك تحقيق ذلك عن طريق تركيب مجمعات filter و map و take:

            
async function* numberGenerator() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
  yield 6;
  yield 7;
  yield 8;
  yield 9;
  yield 10;
}

async function isEven(x) {
  return x % 2 === 0;
}

async function square(x) {
  return x * x;
}

async function* filter(iterable, predicate) {
    for await (const value of iterable) {
        if (await predicate(value)) {
            yield value;
        }
    }
}

async function* map(iterable, fn) {
    for await (const value of iterable) {
        yield await fn(value);
    }
}

async function* take(iterable, n) {
    let i = 0;
    for await (const value of iterable) {
        if (i < n) {
            yield value;
            i++;
        } else {
            return;
        }
    }
}

(async () => {
  const pipeline = take(map(filter(numberGenerator(), isEven), square), 3);
  for await (const value of pipeline) {
    console.log(value); // Output: 4, 16, 36
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

يوضح هذا كيف يمكنك بناء تحويلات بيانات متطورة من خلال الجمع بين مجمعات بسيطة وقابلة لإعادة الاستخدام.

التطبيقات العملية

تعتبر مجمعات المكررات غير المتزامنة ذات قيمة في سيناريوهات مختلفة، بما في ذلك:

• معالجة البيانات في الوقت الفعلي: معالجة تدفقات البيانات من أجهزة الاستشعار أو خلاصات وسائل التواصل الاجتماعي أو الأسواق المالية.
• خطوط أنابيب البيانات: بناء خطوط أنابيب ETL (استخراج، تحويل، تحميل) لتخزين البيانات والتحليلات.
• واجهات برمجة التطبيقات غير المتزامنة: استهلاك البيانات من واجهات برمجة التطبيقات التي تُرجع البيانات على دفعات.
• تحديثات واجهة المستخدم: تحديث واجهات المستخدم بناءً على الأحداث غير المتزامنة.
• معالجة الملفات: قراءة ومعالجة الملفات الكبيرة على دفعات.

مثال: بيانات الأسهم في الوقت الفعلي

تخيل أنك تبني تطبيقًا ماليًا يعرض بيانات الأسهم في الوقت الفعلي من جميع أنحاء العالم. تتلقى تدفقًا من تحديثات الأسعار لأسهم مختلفة، يتم تحديدها بواسطة رموزها. تريد تصفية هذا التدفق لإظهار التحديثات فقط للأسهم المتداولة في بورصة نيويورك (NYSE) ثم عرض أحدث سعر لكل سهم.

            
async function* stockDataStream() {
  // Simulate a stream of stock data from different exchanges
  const exchanges = ['NYSE', 'NASDAQ', 'LSE', 'HKEX'];
  const symbols = ['AAPL', 'MSFT', 'GOOG', 'TSLA', 'AMZN', 'BABA'];

  while (true) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, Math.random() * 500));
    const exchange = exchanges[Math.floor(Math.random() * exchanges.length)];
    const symbol = symbols[Math.floor(Math.random() * symbols.length)];
    const price = Math.random() * 2000;

    yield { exchange, symbol, price };
  }
}

async function isNYSE(stock) {
  return stock.exchange === 'NYSE';
}

async function* filter(iterable, predicate) {
  for await (const value of iterable) {
    if (await predicate(value)) {
      yield value;
    }
  }
}


async function toLatestPrices(iterable) {
    const latestPrices = {};
    for await (const stock of iterable) {
        latestPrices[stock.symbol] = stock.price;
    }
    return latestPrices;
}

async function forEach(iterable, fn) {
  for await (const value of iterable) {
    await fn(value);
  }
}


(async () => {
  const nyseStocks = filter(stockDataStream(), isNYSE);
  const updateUI = async (stock) => {
       //Simulate UI update
       console.log(`UI updated with : ${JSON.stringify(stock)}`)
       await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, Math.random() * 100));
  }

  forEach(nyseStocks, updateUI);
})();


            

              
                Copy
              
            
          

يوضح هذا المثال كيف يمكنك استخدام مجمعات المكررات غير المتزامنة لمعالجة تدفق البيانات في الوقت الفعلي بكفاءة، وتصفية البيانات غير ذات الصلة، وتحديث واجهة المستخدم بأحدث المعلومات. في سيناريو واقعي، ستقوم باستبدال تدفق بيانات الأسهم المحاكى باتصال بخلاصة بيانات مالية حقيقية.

اختيار المكتبة المناسبة

بينما يمكنك تنفيذ مجمعات المكررات غير المتزامنة بنفسك، توفر العديد من المكتبات مجمعات مدمجة وأدوات مساعدة أخرى. تتضمن بعض الخيارات الشائعة ما يلي:

• IxJS (Reactive Extensions for JavaScript): مكتبة قوية للعمل مع البيانات غير المتزامنة والمستندة إلى الأحداث باستخدام نموذج البرمجة التفاعلية. تتضمن مجموعة غنية من العوامل التي يمكن استخدامها مع المكررات غير المتزامنة.
• zen-observable: مكتبة خفيفة الوزن للمراقبات (Observables)، والتي يمكن تحويلها بسهولة إلى مكررات غير متزامنة.
• Most.js: مكتبة أخرى لتدفقات البيانات التفاعلية عالية الأداء.

يعتمد اختيار المكتبة المناسبة على احتياجاتك وتفضيلاتك المحددة. ضع في اعتبارك عوامل مثل حجم الحزمة والأداء وتوافر مجمعات معينة.

اعتبارات الأداء

بينما توفر مجمعات المكررات غير المتزامنة طريقة نظيفة وقابلة للتركيب للعمل مع البيانات غير المتزامنة، فمن الضروري مراعاة الآثار المترتبة على الأداء، خاصة عند التعامل مع تدفقات البيانات الكبيرة.

• تجنب المكررات الوسيطة غير الضرورية: ينشئ كل مُجمِّع مكررًا غير متزامن جديدًا، مما قد يؤدي إلى عبء إضافي. حاول تقليل عدد المجمعات في خط الأنابيب الخاص بك.
• استخدام خوارزميات فعالة: اختر الخوارزميات المناسبة لحجم وخصائص بياناتك.
• مراعاة الضغط العكسي (backpressure): إذا كان مصدر بياناتك ينتج بيانات أسرع مما يمكن للمستهلك معالجتها، فقم بتنفيذ آليات الضغط العكسي لمنع تجاوز سعة الذاكرة.
• قياس أداء الكود الخاص بك: استخدم أدوات التوصيف لتحديد اختناقات الأداء وتحسين الكود الخاص بك وفقًا لذلك.

أفضل الممارسات

فيما يلي بعض أفضل الممارسات للعمل مع مجمعات المكررات غير المتزامنة:

• اجعل المجمعات صغيرة ومركزة: يجب أن يكون لكل مُجمِّع غرض واحد محدد جيدًا.
• اكتب اختبارات الوحدة: اختبر مجمعاتك بدقة للتأكد من أنها تعمل كما هو متوقع.
• استخدم أسماء وصفية: اختر أسماء لمجمعاتك تشير بوضوح إلى وظيفتها.
• وثق الكود الخاص بك: قدم توثيقًا واضحًا لمجمعاتك وخطوط أنابيب البيانات الخاصة بك.
• مراعاة معالجة الأخطاء: قم بتنفيذ معالجة قوية للأخطاء للتعامل برشاقة مع الأخطاء غير المتوقعة في تدفقات البيانات الخاصة بك.

الخاتمة

توفر مجمعات المكررات غير المتزامنة في JavaScript طريقة قوية وأنيقة لتحويل تدفقات البيانات غير المتزامنة والتعامل معها. من خلال فهم أساسيات المكررات والمولدات غير المتزامنة، والاستفادة من قوة المجمعات، يمكنك بناء خطوط أنابيب فعالة وقابلة للتطوير لمعالجة البيانات لتطبيقات الويب والتطبيقات من جانب الخادم الحديثة. أثناء تصميم تطبيقاتك، ضع في اعتبارك الآثار العالمية لتنسيقات البيانات ومعالجة الأخطاء والأداء عبر مختلف المناطق والثقافات لإنشاء حلول جاهزة للعالم حقًا.