JavaScripti asünkroonsete generaatorite koordineerimine: voosüünkroonimine

Asünkroonsed toimingud on tänapäevase JavaScripti arenduse aluseks, eriti kui tegelete I/O, võrgutaotluste või aeganõudvate arvutustega. ES2018-s tutvustatud asünkroonsed generaatorid pakuvad võimsat ja elegantset viisi asünkroonsete andmevoogude käsitlemiseks. See artikkel uurib täiustatud tehnikaid mitmete asünkroonsete generaatorite koordineerimiseks, et saavutada sünkroniseeritud vooprotsessimine, parandades jõudlust ja hallatavust keerulistes asünkroonsetes töövoogudes.

Asünkroonsete generaatorite mõistmine

Enne koordineerimisega süvenemist kordame kiiresti asünkroonsete generaatorite põhitõdesid. Need on funktsioonid, mis võivad töö peatada ja edastada asünkroonseid väärtusi, võimaldades luua asünkroonseid iteraatoreid.

Siin on lihtne näide:

            
async function* numberGenerator(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100)); // Simuleerib asünkroonset toimingut
    yield i;
  }
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

See kood määratleb asünkroonse generaatori `numberGenerator`, mis edastab numbrid 0-st `limit`-ini 100 ms viivitusega. `for await...of` tsükkel itereerib asünkroonselt läbi genereeritud väärtuste.

Miks asünkroonseid generaatoreid koordineerida?

Paljudes reaalmaailma stsenaariumites peate võib-olla samaaegselt töötlema andmeid mitmest asünkroonsest allikast või sünkroonima andmete tarbimist erinevatest voogudest. Näiteks:

• Andmete koondamine: Andmete hankimine mitmest API-st ja tulemuste kombineerimine üheks vooguks.
• Paralleelprotsessimine: Arvutuslikult ressursimahukate ülesannete jaotamine mitme töövõtjale ja tulemuste koondamine.
• Kiiruse piiramine: API-taotluste tegemise tagamine kindlaksmääratud kiiruspiirangute piires.
• Andmete teisendus torujuhtmed: Andmete töötlemine läbi rea asünkroonseid teisendusi.
• Reaalajas andmete sünkroonimine: Reaalajas andmevoogude ühendamine erinevatest allikatest.

Asünkroonsete generaatorite koordineerimine võimaldab teil luua nende ja muude kasutusjuhtude jaoks vastupidavaid ja tõhusaid asünkroonseid torujuhtmeid.

Tehnikad asünkroonsete generaatorite koordineerimiseks

Asünkroonsete generaatorite koordineerimiseks saab kasutada mitmeid tehnikaid, millest igaühel on oma tugevused ja nõrkused.

1. Järjestikune töötlemine

Lihtsaim lähenemisviis on asünkroonsete generaatorite järjestikune töötlemine. See hõlmab ühe generaatori itereerimist täielikult enne järgmisele liikumist.

Näide:

            
async function* generator1(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield `Generaator 1: ${i}`;
  }
}

async function* generator2(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
    yield `Generaator 2: ${i}`;
  }
}

async function processSequentially() {
  for await (const value of generator1(3)) {
    console.log(value);
  }
  for await (const value of generator2(2)) {
    console.log(value);
  }
}

processSequentially();

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid: Lihtne mõista ja rakendada. Säilitab täitmise järjekorra.

Miinused: Võib olla ebaefektiivne, kui generaatorid on sõltumatud ja neid saab töödelda samaaegselt.

2. Paralleelprotsessimine `Promise.all`-iga

Sõltumatute asünkroonsete generaatorite puhul saate nende paralleelseks töötlemiseks ja tulemuste koondamiseks kasutada `Promise.all`.

Näide:

            
async function* generator1(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield `Generaator 1: ${i}`;
  }
}

async function* generator2(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
    yield `Generaator 2: ${i}`;
  }
}

async function processInParallel() {
  const results = await Promise.all([
    ...generator1(3),
    ...generator2(2),
  ]);
  results.forEach(result => console.log(result));
}

processInParallel();

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid: Saavutab paralleelsuse, parandades potentsiaalselt jõudlust.

Miinused: Nõuab kõigi generaatorite väärtuste kogumist massiivi enne töötlemist. Ei sobi lõpututele või väga suurtele voogudele mälupiirangute tõttu. Kaotab asünkroonsed voogude eelised.

3. Samaaegne tarbimine `Promise.race` ja jagatud järjekorraga

Keerukam lähenemisviis hõlmab `Promise.race` ja jagatud järjekorra kasutamist mitmete asünkroonsete generaatorite samaaegseks tarbimiseks. See võimaldab teil töödelda väärtusi, kui need muutuvad kättesaadavaks, ilma ootamata, kuni kõik generaatorid lõpevad.

Näide:

            
class SharedQueue {
  constructor() {
    this.queue = [];
    this.resolvers = [];
  }

  enqueue(item) {
    if (this.resolvers.length > 0) {
      const resolver = this.resolvers.shift();
      resolver(item);
    } else {
      this.queue.push(item);
    }
  }

  dequeue() {
    return new Promise(resolve => {
      if (this.queue.length > 0) {
        resolve(this.queue.shift());
      } else {
        this.resolvers.push(resolve);
      }
    });
  }
}

async function* generator1(limit, queue) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    queue.enqueue(`Generaator 1: ${i}`);
  }
  queue.enqueue(null); // Märguanne lõpetamisest
}

async function* generator2(limit, queue) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
    queue.enqueue(`Generaator 2: ${i}`);
  }
  queue.enqueue(null); // Märguanne lõpetamisest
}

async function processConcurrently() {
  const queue = new SharedQueue();
  const gen1 = generator1(3, queue);
  const gen2 = generator2(2, queue);

  let completedGenerators = 0;
  const totalGenerators = 2;

  while (completedGenerators < totalGenerators) {
    const value = await queue.dequeue();
    if (value === null) {
      completedGenerators++;
    } else {
      console.log(value);
    }
  }
}

processConcurrently();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites toimib `SharedQueue` generaatorite ja tarbija vahel puhvrina. Iga generaator lisab oma väärtused järjekorda ja tarbija võtab need samaaegselt välja ja töötleb. `null`-väärtust kasutatakse märgistusena, et näidata, et generaator on lõppenud. See tehnika on eriti kasulik, kui generaatorid toodavad andmeid erineva kiirusega.

Plussid: Võimaldab mitme generaatori väärtuste samaaegset tarbimist. Sobib tundmatu pikkusega voogudele. Töötleb andmeid, kui need muutuvad kättesaadavaks.

Miinused: Keerulisem rakendada kui järjestikune töötlemine või `Promise.all`. Nõuab lõpetamismärguannete hoolikat haldamist.

4. Asünkroonsete iteraatorite otsene kasutamine tagasilöögiga

Eelmised meetodid hõlmavad asünkroonsete generaatorite otsest kasutamist. Saame luua ka kohandatud asünkroonseid iteraatoreid ja rakendada tagasilööki. Tagasilöök on tehnika, mis takistab kiiret andmetootjat ülekoormamast aeglast andmetarbijat.

            
class MyAsyncIterator {
  constructor(data) {
    this.data = data;
    this.index = 0;
  }

  async next() {
    if (this.index < this.data.length) {
      await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
      return { value: this.data[this.index++], done: false };
    }
    else {
      return { value: undefined, done: true };
    }
  }

  [Symbol.asyncIterator]() {
    return this;
  }
}

async function* generatorFromIterator(iterator) {
  let result = await iterator.next();
  while (!result.done) {
    yield result.value;
    result = await iterator.next();
  }
}

async function processIterator() {
  const data = [1, 2, 3, 4, 5];
  const iterator = new MyAsyncIterator(data);
  for await (const value of generatorFromIterator(iterator)) {
    console.log(value);
  }
}

processIterator();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites rakendab `MyAsyncIterator` asünkroonset iteraatoriprotokolli. `next()` meetod simuleerib asünkroonset toimingut. Tagasilööki saab rakendada `next()` päringute peatuse tegemisega tarbija võime järgi andmeid töödelda.

5. Reaktiivsed laiendused (RxJS) ja Observable'id

Reaktiivsed laiendused (RxJS) on võimas teek asünkroonsete ja sündmustepõhiste programmide koostamiseks kasutades vaadeldavaid järjestusi. See pakub rikkalikku komplekti operaatoreid asünkroonsete andmevoogude teisendamiseks, filtreerimiseks, kombineerimiseks ja haldamiseks. RxJS töötab väga hästi asünkroonsete generaatoritega, et võimaldada keerulisi vooteisendusi.

Näide:

            
import { from, interval } from 'rxjs';
import { map, merge, take } from 'rxjs/operators';

async function* generator1(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield `Generaator 1: ${i}`;
  }
}

async function* generator2(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
    yield `Generaator 2: ${i}`;
  }
}

async function processWithRxJS() {
  const observable1 = from(generator1(3));
  const observable2 = from(generator2(2));

  observable1.pipe(
    merge(observable2),
    map(value => `Töödeldud: ${value}`),
  ).subscribe(value => console.log(value));
}

processWithRxJS();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites teisendab `from` asünkroonsed generaatorid vaadeldavateks. `merge` operaator ühendab kaks voogu ja `map` operaator teisendab väärtused. RxJS pakub sisseehitatud mehhanisme tagasilöökide, veahaldus ja samaaegsuse haldamiseks.

Plussid: Pakub põhjalikku tööriistade komplekti asünkroonsete voogude haldamiseks. Toetab tagasilööki, veahaldust ja samaaegsuse haldamist. Lihtsustab keerulisi asünkroonseid töövooge.

Miinused: Nõuab RxJS API õppimist. Lihtsate stsenaariumite jaoks võib olla liiga palju.

Veahaldus

Veahaldus on asünkroonsete toimingutega töötamisel ülioluline. Asünkroonsete generaatorite koordineerimisel peate tagama, et vead oleksid korralikult kinni püütud ja edastatud, et vältida käsitlemata erandeid ja tagada rakenduse stabiilsus.

Siin on mõned veahaldusstrateegiad:

• Try-Catch plokid: Ümbritsege kood, mis tarbib väärtusi asünkroonsetest generaatoritest, try-catch plokkidesse, et püüda kinni kõik võimalikud erandid.
• Generaatori veahaldus: Rakendage veahaldus asünkroonse generaatori sees, et hallata andmete genereerimise ajal tekkivaid vigu. Kasutage `try...finally` plokke, et tagada õige puhastus isegi vigade korral.
• Promise'i tõrgete haldus: Kasutades `Promise.all` või `Promise.race`, hallake promise'i tõrkeid, et vältida käsitlemata promise'i tõrkeid.
• RxJS veahaldus: Kasutage RxJS veahaldusoperaatoreid, nagu `catchError`, et tõrgetega vaadeldavates voogudes graatsiliselt toime tulla.

Näide (Try-Catch):

            
async function* generatorWithError(limit) {
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    if (i === 2) {
      throw new Error('Simuleeritud viga');
    }
    yield `Generaator: ${i}`;
  }
}

async function processWithErrorHandling() {
  try {
    for await (const value of generatorWithError(5)) {
      console.log(value);
    }
  } catch (error) {
    console.error(`Viga: ${error.message}`);
  }
}

processWithErrorHandling();

            

              
                Copy
              
            
          

Tagasilöögistrateegiad

Tagasilöök on mehhanism, mis takistab kiiret andmetootjat ülekoormamast aeglast andmetarbijat. See võimaldab tarbijal märgistada tootjale, et ta ei ole valmis rohkem andmeid vastu võtma, võimaldades tootjal aeglustada või andmeid puhverdada, kuni tarbija on valmis.

Siin on mõned tavalised tagasilögistrateegiad:

• Puhverdus: Tootja puhverdab andmeid, kuni tarbija on valmis neid vastu võtma. Seda saab rakendada, kasutades järjekorda või muud andmestruktuuri. Puhverdus võib aga põhjustada mäluga seotud probleeme, kui puhver muutub liiga suureks.
• Viskamine: Tootja viskab andmed ära, kui tarbija ei ole neid valmis vastu võtma. See võib olla kasulik reaalajas andmevoogude puhul, kus mõne andmeühiku kaotamine on vastuvõetav.
• Häälestamine: Tootja vähendab oma andmete kiirust, et see sobiks tarbija töötlemiskiirusega.
• Märgistamine: Tarbija märgistab tootjale, kui ta on valmis rohkem andmeid vastu võtma. Seda saab rakendada, kasutades tagasihelistamist või promise'i.

RxJS pakub sisseehitatud tuge tagasilöökidele, kasutades operaatoreid nagu `throttleTime`, `debounceTime` ja `sample`. Need operaatorid võimaldavad teil kontrollida andmete edastamise kiirust vaadeldavast voost.

Praktilised näited ja kasutusjuhtumid

Uurime mõningaid praktilisi näiteid selle kohta, kuidas asünkroonsete generaatorite koordineerimist saab rakendada reaalmaailma stsenaariumites.

1. Andmete koondamine mitmest API-st

Kujutage ette, et peate hankima andmeid mitmest API-st ja kombineerima tulemused üheks vooguks. Igal API-l võivad olla erinevad vastuseajad ja andmevormingud. Asünkroonseid generaatoreid saab kasutada andmete hankimiseks igast API-st samaaegselt ja tulemused saab ühendada üheks vooguks, kasutades `Promise.race` ja jagatud järjekorda või RxJS `merge` operaatorit.

2. Reaalajas andmete sünkroonimine

Kaaluge stsenaariumi, kus peate sünkroonima reaalajas andmevooge erinevatest allikatest, näiteks aktsiaturu indikaatoritest või sensorandmetest. Asünkroonsete generaatorite abil saab andmeid hankida igast voost ja andmeid saab sünkroonida, kasutades jagatud ajatempli või muud sünkroonimismehhanismi. RxJS pakub operaatoreid nagu `combineLatest` ja `zip`, mida saab kasutada andmevoogude kombineerimiseks erinevate kriteeriumide alusel.

3. Andmete teisendus torujuhtmed

Asünkroonseid generaatoreid saab kasutada andmete teisendus torujuhtmete loomiseks, kus andmeid töödeldakse läbi rea asünkroonseid teisendusi. Iga teisendus saab rakendada asünkroonne generaatorina ja generaatoreid saab ahelaks ühendada, et moodustada torujuhe. RxJS pakub laia valikut operaatoreid andmevoogude teisendamiseks, filtreerimiseks ja manipuleerimiseks, muutes keeruliste andmete teisendus torujuhtmete loomise lihtsaks.

4. Taustprotsessimine töövõtjatega

Node.js-is saate kasutada töövõtjate niite (worker threads) arvutuslikult ressursimahukate ülesannete eraldamiseks eraldi niitidesse, et vältida peamise niidi blokeerimist. Asünkroonseid generaatoreid saab kasutada ülesannete jaotamiseks töövõtjate niitidele ja tulemuste kogumiseks. `SharedArrayBuffer` ja `Atomics` API-sid saab kasutada andmete tõhusaks jagamiseks peamise niidi ja töövõtjate niitide vahel. See seadistus võimaldab teil kasutada mitmetuumaliste protsessorite jõudu rakenduse jõudluse parandamiseks. See võib hõlmata näiteks keerukat pilditöötlust, suurandmete töötlemist või masinõppe ülesandeid.

Node.js kaalutlused

Asünkroonsete generaatoritega Node.js-is töötades pidage meeles järgmist:

• Sündmuste tsükkel: Pidage meeles Node.js sündmuste tsüklit. Vältige sündmuste tsükli blokeerimist pikaajaliste sünkroonsete toimingutega. Kasutage asünkroonseid toiminguid ja asünkroonseid generaatoreid, et hoida sündmuste tsükkel reageerivana.
• Voogude API: Node.js voogude API pakub võimsat viisi suurte andmemahtude tõhusaks käsitlemiseks. Kaaluge voogude kasutamist koos asünkroonsete generaatoritega andmete voogude kaupa töötlemiseks.
• Töövõtjate niidid: Kasutage töövõtjate niite CPU-intensiivsete ülesannete eraldamiseks eraldi niitidesse. See võib märkimisväärselt parandada teie rakenduse jõudlust.
• Klastri moodul: Klastri moodul võimaldab teil luua mitu Node.js rakenduse eksemplari, kasutades ära mitmetuumalisi protsessoreid. See võib parandada teie rakenduse skaleeritavust ja jõudlust.

Kokkuvõte

JavaScripti asünkroonsete generaatorite koordineerimine on võimas tehnika tõhusate ja hallatavate asünkroonsete töövoogude loomiseks. Mõistes erinevaid koordineerimistehnikaid ja veahaldusstrateegiaid, saate luua vastupidavaid rakendusi, mis suudavad hallata keerulisi asünkroonseid andmevooge. Olenemata sellest, kas koondate andmeid mitmest API-st, sünkroonite reaalajas andmevooge või loote andmete teisendus torujuhtmeid, pakuvad asünkroonsed generaatorid mitmekülgset ja elegantset lahendust asünkroonseks programmeerimiseks.

Pidage meeles, et valige koordineerimistehnika, mis sobib kõige paremini teie konkreetsetele vajadustele, ja kaaluge hoolikalt veahaldust ja tagasilööki, et tagada oma rakenduse stabiilsus ja jõudlus. Teegid nagu RxJS võivad keerulisi stsenaariume oluliselt lihtsustada, pakkudes võimsaid tööriistu asünkroonsete andmevoogude haldamiseks.

Kuna asünkroonne programmeerimine jätkab arengut, on asünkroonsete generaatorite ja nende koordineerimistehnikate valdamine JavaScripti arendajate jaoks hindamatu oskus.