Web Streams: معالجة بيانات فعالة للتطبيقات الحديثة

في المشهد المتطور باستمرار لتطوير الويب، تعتبر معالجة البيانات بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية. مع ازدياد كثافة البيانات في التطبيقات، غالبًا ما تؤدي الطرق التقليدية لتحميل ومعالجة مجموعات البيانات بأكملها مرة واحدة إلى اختناقات في الأداء وتجارب مستخدم بطيئة. تقدم Web Streams بديلاً قويًا، مما يمكّن المطورين من معالجة البيانات بشكل تدريجي، وتحسين الاستجابة، وتقليل استهلاك الذاكرة.

ما هي Web Streams؟

Web Streams هي واجهة برمجة تطبيقات JavaScript حديثة توفر واجهة للعمل مع تدفقات البيانات. فهي تتيح لك معالجة البيانات في أجزاء صغيرة عند توفرها، بدلاً من انتظار تحميل مجموعة البيانات بأكملها. هذا مفيد بشكل خاص لـ:

• التعامل مع الملفات الكبيرة (مثل الفيديو أو الصوت أو الملفات النصية الكبيرة).
• معالجة البيانات من طلبات الشبكة في الوقت الفعلي.
• بناء واجهات مستخدم سريعة الاستجابة يتم تحديثها عند وصول البيانات.
• الحفاظ على الذاكرة عن طريق معالجة البيانات في أجزاء أصغر.

تتكون Streams API من عدة واجهات رئيسية:

• ReadableStream: يمثل مصدرًا للبيانات يمكنك القراءة منه.
• WritableStream: يمثل وجهة للبيانات يمكنك الكتابة إليها.
• TransformStream: يمثل عملية تحويل تقرأ البيانات من ReadableStream، وتحولها، وتكتب النتيجة إلى WritableStream.
• ByteLengthQueuingStrategy: إستراتيجية قائمة انتظار تقيس حجم الأجزاء بالبايت.
• CountQueuingStrategy: إستراتيجية قائمة انتظار تحسب عدد الأجزاء.

فوائد استخدام Web Streams

يوفر اعتماد Web Streams في تطبيقاتك العديد من المزايا الهامة:

أداء محسّن

من خلال معالجة البيانات في أجزاء صغيرة، تتيح لك Web Streams البدء في العمل مع البيانات في وقت أقرب، حتى قبل تحميل مجموعة البيانات بأكملها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين الأداء الملحوظ لتطبيقك بشكل كبير وتوفير تجربة مستخدم أكثر استجابة. على سبيل المثال، تخيل بث ملف فيديو كبير. باستخدام Web Streams، يمكن للمستخدم البدء في مشاهدة الفيديو على الفور تقريبًا، بدلاً من انتظار تنزيل الملف بأكمله.

تقليل استهلاك الذاكرة

بدلاً من تحميل مجموعة البيانات بأكملها في الذاكرة، تعالج Web Streams البيانات بشكل تدريجي. يقلل هذا من استهلاك الذاكرة ويجعل تطبيقك أكثر كفاءة، خاصة عند التعامل مع الملفات الكبيرة أو تدفقات البيانات المستمرة. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية للأجهزة ذات الموارد المحدودة، مثل الهواتف المحمولة أو الأنظمة المدمجة.

استجابة محسّنة

تمكنك Web Streams من تحديث واجهة المستخدم الخاصة بك عند توفر البيانات، مما يوفر تجربة أكثر تفاعلية وجاذبية. على سبيل المثال، يمكنك عرض شريط تقدم يتم تحديثه في الوقت الفعلي أثناء تنزيل ملف أو عرض نتائج البحث أثناء كتابة المستخدم. هذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تتعامل مع البيانات في الوقت الفعلي، مثل تطبيقات الدردشة أو لوحات المعلومات الحية.

إدارة الضغط الخلفي

توفر Web Streams آليات ضغط خلفي مدمجة، والتي تسمح لمستهلك التدفق بإرسال إشارة إلى المنتج لإبطاء السرعة إذا كان غير قادر على معالجة البيانات بالسرعة التي يتم إنتاجها بها. يمنع هذا المستهلك من التعرض للإرهاق ويضمن معالجة البيانات بكفاءة وموثوقية. هذا أمر بالغ الأهمية للتعامل مع البيانات من اتصالات الشبكة غير الموثوقة أو عند معالجة البيانات بمعدلات مختلفة.

التركيبية وقابلية إعادة الاستخدام

تم تصميم Web Streams لتكون قابلة للتركيب، مما يعني أنه يمكنك بسهولة ربط تدفقات متعددة معًا لإنشاء خطوط أنابيب معالجة بيانات معقدة. يعزز هذا إعادة استخدام التعليمات البرمجية ويسهل إنشاء تطبيقاتك وصيانتها. على سبيل المثال، يمكنك إنشاء دفق يقرأ البيانات من ملف، ويحولها إلى تنسيق مختلف، ثم يكتبها إلى ملف مختلف.

حالات الاستخدام والأمثلة

Web Streams متعددة الاستخدامات ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من حالات الاستخدام. فيما يلي بعض الأمثلة:

بث الفيديو والصوت

تعتبر Web Streams مثالية لبث محتوى الفيديو والصوت. من خلال معالجة بيانات الوسائط في أجزاء صغيرة، يمكنك البدء في تشغيل المحتوى على الفور تقريبًا، حتى قبل تنزيل الملف بأكمله. يوفر هذا تجربة مشاهدة سلسة وسريعة الاستجابة، خاصة على اتصالات الشبكة الأبطأ. تستخدم خدمات بث الفيديو الشائعة مثل YouTube و Netflix تقنيات مماثلة لتقديم تشغيل فيديو سلس عالميًا.

مثال: بث فيديو باستخدام ReadableStream وعنصر <video>:

            
async function streamVideo(url, videoElement) {
  const response = await fetch(url);
  const reader = response.body.getReader();

  while (true) {
    const { done, value } = await reader.read();
    if (done) {
      break;
    }

    // Append the chunk to the video element
    // (Requires a mechanism to handle appending data to the video source)
    appendBuffer(videoElement, value);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

معالجة ملفات نصية كبيرة

عند التعامل مع ملفات نصية كبيرة، مثل ملفات السجل أو ملفات CSV، يمكن أن تحسن Web Streams الأداء بشكل كبير. من خلال معالجة الملف سطرًا سطراً، يمكنك تجنب تحميل الملف بأكمله في الذاكرة، وتقليل استهلاك الذاكرة وتحسين الاستجابة. غالبًا ما تستخدم منصات تحليل البيانات البث لمعالجة مجموعات البيانات الضخمة في الوقت الفعلي.

مثال: قراءة ملف نصي كبير وحساب عدد الأسطر:

            
async function countLines(file) {
  const stream = file.stream();
  const decoder = new TextDecoder();
  let reader = stream.getReader();
  let result = await reader.read();
  let lines = 0;
  let partialLine = '';

  while (!result.done) {
    let chunk = decoder.decode(result.value);
    let chunkLines = (partialLine + chunk).split('\n');
    partialLine = chunkLines.pop() || '';
    lines += chunkLines.length;
    result = await reader.read();
  }

  // Account for a last line if it exists
  if (partialLine) {
    lines++;
  }

  return lines;
}

            

              
                Copy
              
            
          

معالجة البيانات في الوقت الفعلي

تعتبر Web Streams مناسبة تمامًا للتعامل مع البيانات في الوقت الفعلي، مثل البيانات من أجهزة الاستشعار أو الأسواق المالية أو خلاصات وسائل التواصل الاجتماعي. من خلال معالجة البيانات عند وصولها، يمكنك إنشاء تطبيقات سريعة الاستجابة توفر معلومات محدثة للمستخدم. تعتمد منصات التداول المالي بشكل كبير على التدفقات لعرض بيانات السوق الحية.

مثال: معالجة البيانات من دفق WebSocket:

            
async function processWebSocketStream(url) {
  const socket = new WebSocket(url);

  socket.onmessage = async (event) => {
    const stream = new ReadableStream({
      start(controller) {
        controller.enqueue(new TextEncoder().encode(event.data));
        controller.close(); // Close stream after processing one event
      }
    });

    const reader = stream.getReader();
    let result = await reader.read();
    while (!result.done) {
      const decodedText = new TextDecoder().decode(result.value);
      console.log('Received data:', decodedText);
      result = await reader.read(); // Should only run once since the stream closes
    }
  };
}

            

              
                Copy
              
            
          

معالجة الصور

يمكن أن تسهل Web Streams معالجة الصور بشكل أكثر كفاءة. من خلال دفق بيانات الصورة، يمكنك إجراء تحويلات ومعالجات دون تحميل الصورة بأكملها في الذاكرة. هذا مفيد بشكل خاص للصور الكبيرة أو عند تطبيق عوامل تصفية معقدة. غالبًا ما تستخدم محرر الصور عبر الإنترنت معالجة قائمة على التدفق لتحسين الأداء.

تنفيذ Web Streams: دليل عملي

دعنا ننتقل إلى مثال بسيط لاستخدام Web Streams لقراءة ملف نصي ومعالجة محتوياته.

1. إنشاء ReadableStream من ملف:

            
async function processFile(file) {
  const stream = file.stream();
  const reader = stream.getReader();
  const decoder = new TextDecoder();
  let result = await reader.read();

  while (!result.done) {
    const chunk = decoder.decode(result.value);
    console.log('Processing chunk:', chunk);
    result = await reader.read();
  }

  console.log('File processing complete.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. إنشاء WritableStream لإخراج البيانات:

            
const writableStream = new WritableStream({
  write(chunk) {
    console.log('Writing chunk:', chunk);
    // Perform writing operations here (e.g., write to a file, send to a server)
  },
  close() {
    console.log('WritableStream closed.');
  },
  abort(reason) {
    console.error('WritableStream aborted:', reason);
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

3. إنشاء TransformStream لمعالجة البيانات:

            
const transformStream = new TransformStream({
  transform(chunk, controller) {
    const transformedChunk = chunk.toUpperCase();
    controller.enqueue(transformedChunk);
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

4. ربط التدفقات معًا:

            
// Example: Reading from a file, transforming to uppercase, and writing to the console
async function processFileAndOutput(file) {
  const stream = file.stream();
  const decoder = new TextDecoder();
  const reader = stream.getReader();

  let result = await reader.read();

  while (!result.done) {
    const chunk = decoder.decode(result.value);
    const transformedChunk = chunk.toUpperCase();
    console.log('Transformed chunk:', transformedChunk);

    result = await reader.read();
  }

  console.log('File processing complete.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

ملاحظة: تعمل طريقة `pipeTo` على تبسيط عملية توصيل ReadableStream بـ WritableStream:

            
//Simplified example using pipeTo
async function processFileAndOutputPiped(file) {
  const stream = file.stream();

  const transformStream = new TransformStream({
    transform(chunk, controller) {
      const transformedChunk = new TextEncoder().encode(chunk.toUpperCase());
      controller.enqueue(transformedChunk);
    }
  });

  const writableStream = new WritableStream({
    write(chunk) {
      console.log('Writing chunk:', new TextDecoder().decode(chunk));
    }
  });

  await stream
    .pipeThrough(new TextDecoderStream())
    .pipeThrough(transformStream)
    .pipeTo(writableStream);
}

            

              
                Copy
              
            
          

أفضل الممارسات للعمل مع Web Streams

لتحقيق أقصى قدر من الفوائد من Web Streams، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• اختر إستراتيجية قائمة الانتظار المناسبة: حدد إستراتيجية قائمة الانتظار المناسبة (ByteLengthQueuingStrategy أو CountQueuingStrategy) بناءً على طبيعة بياناتك ومتطلبات تطبيقك.
• التعامل مع الأخطاء بأمان: قم بتنفيذ معالجة قوية للأخطاء للتعامل بأمان مع الأخطاء أو الاستثناءات غير المتوقعة أثناء معالجة الدفق.
• إدارة الضغط الخلفي بفعالية: استخدم آليات الضغط الخلفي المضمنة لمنع المستهلك من التعرض للإرهاق وضمان معالجة البيانات بكفاءة.
• تحسين حجم الجزء: جرّب أحجام أجزاء مختلفة للعثور على التوازن الأمثل بين الأداء واستهلاك الذاكرة. يمكن أن تؤدي الأجزاء الأصغر إلى زيادة النفقات العامة للمعالجة بشكل متكرر، بينما قد تزيد الأجزاء الأكبر من استخدام الذاكرة.
• استخدم TransformStreams لتحويل البيانات: استفد من TransformStreams لإجراء تحويلات البيانات بطريقة معيارية وقابلة لإعادة الاستخدام.
• ضع في اعتبارك Polyfills: في حين أن Web Streams مدعومة على نطاق واسع في المتصفحات الحديثة، ففكر في استخدام polyfills للمتصفحات القديمة لضمان التوافق.

توافق المتصفح

يتم دعم Web Streams من قبل جميع المتصفحات الحديثة، بما في ذلك Chrome و Firefox و Safari و Edge. ومع ذلك، قد تتطلب المتصفحات القديمة polyfills لتوفير التوافق. يمكنك التحقق من توافق المتصفح باستخدام موارد مثل "Can I use".

خاتمة

تقدم Web Streams طريقة قوية وفعالة للتعامل مع البيانات في تطبيقات الويب الحديثة. من خلال معالجة البيانات بشكل تدريجي، يمكنك تحسين الأداء وتقليل استهلاك الذاكرة وإنشاء تجارب مستخدم أكثر استجابة. سواء كنت تقوم ببث الفيديو أو معالجة الملفات النصية الكبيرة أو التعامل مع البيانات في الوقت الفعلي، فإن Web Streams توفر الأدوات التي تحتاجها لبناء تطبيقات عالية الأداء وقابلة للتطوير.

مع استمرار تطور تطبيقات الويب وزيادة الطلب على معالجة البيانات بكفاءة أكبر، أصبح إتقان Web Streams أمرًا بالغ الأهمية لمطوري الويب في جميع أنحاء العالم. من خلال تبني هذه التقنية، يمكنك إنشاء تطبيقات أسرع وأكثر استجابة وأكثر متعة في الاستخدام.

مزيد من التعلم

• MDN Web Docs: Streams API
• Web.dev: Streams
• Jake Archibald: Streams in the Real World