JavaScripti asünkroonse iteraatori abimeetodi ressursihaldur: kaasaegne asünkroonse voo ressursisüsteem

Veebi- ja taustarakenduste arenduse pidevalt muutuvas maailmas on tõhus ja skaleeritav ressursihaldus ülimalt tähtis. Asünkroonsed toimingud on kaasaegsete JavaScripti rakenduste selgroog, võimaldades mitteblokeerivat I/O-d ja reageerivaid kasutajaliideseid. Andmevoogude või asünkroonsete toimingute jada käsitlemisel võivad traditsioonilised lähenemisviisid sageli viia keeruka, vigadele kalduva ja raskesti hooldatava koodini. Siin tuleb mängu JavaScripti asünkroonse iteraatori abimeetodi jõud, pakkudes keerukat paradigmat tugevate asünkroonse voo ressursisüsteemide loomiseks.

Asünkroonse ressursihalduse väljakutse

Kujutage ette stsenaariume, kus peate töötlema suuri andmekogumeid, suhtlema järjestikku väliste API-dega või haldama asünkroonsete ülesannete seeriat, mis sõltuvad üksteisest. Sellistes olukordades tegelete sageli andmevoo või toimingutega, mis arenevad aja jooksul. Traditsioonilised meetodid võivad hõlmata:

• Callback hell: Sügavalt pesastatud tagasikutsed, mis muudavad koodi loetamatuks ja raskesti silutavaks.
• Promise chaining: Kuigi see on paranemine, võivad keerukad ketid muutuda ikkagi kohmakaks ja raskesti hallatavaks, eriti kui on tegemist tingimusliku loogika või veateadetega.
• Käsitsi olekuhaldus: Käimasolevate toimingute, lõpetatud ülesannete ja võimalike tõrgete jälgimine võib muutuda märkimisväärseks koormaks.

Need väljakutsed suurenevad, kui tegemist on ressurssidega, mis vajavad hoolikat initsialiseerimist, puhastamist või samaaegse juurdepääsu haldamist. Vajadus standardiseeritud, elegantse ja võimsa viisi järele asünkroonsete jadade ja ressursside haldamiseks pole kunagi olnud suurem.

Tutvustame asünkroonseid iteraatoreid ja asünkroonseid generaatoreid

JavaScripti iteraatorite ja generaatorite (ES6) kasutuselevõtt pakkus võimsa viisi sünkroonsete jadadega töötamiseks. Asünkroonsed iteraatorid ja asünkroonsed generaatorid (mis võeti kasutusele hiljem ja standardiseeriti ECMAScript 2023-s) laiendavad neid kontseptsioone asünkroonsele maailmale.

Mis on asünkroonsed iteraatorid?

Asünkroon iterator on objekt, mis rakendab meetodit [Symbol.asyncIterator]. See meetod tagastab asünkroonse iteraatori objekti, millel on meetod next(). Meetod next() tagastab Promise, mis lahendatakse objektiks, millel on kaks omadust:

• value: Järgmine väärtus jadades.
• done: Boolean, mis näitab, kas iteratsioon on lõppenud.

See struktuur on analoogne sünkroonsetele iteraatoritele, kuid kogu järgmise väärtuse toomise toiming on asünkroonne, võimaldades iteratsiooniprotsessis selliseid toiminguid nagu võrgupäringud või faili I/O.

Mis on asünkroonsed generaatorid?

Asünkroonsed generaatorid on spetsialiseeritud asünkroonse funktsiooni tüüp, mis võimaldab teil luua asünkroonseid iteraatoreid deklaratiivsemalt, kasutades süntaksit async function*. Need lihtsustavad asünkroonsete iteraatorite loomist, võimaldades teil kasutada yield asünkroonses funktsioonis, käsitledes automaatselt promise resolutsiooni ja lippu done.

Asünkroonse generaatori näide:

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

(async () => {
  for await (const num of generateNumbers(5)) {
    console.log(num);
  }
})();
// Väljund:
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4

            

              
                Copy
              
            
          

See näide demonstreerib, kui elegantselt saavad asünkroonsed generaatorid toota asünkroonsete väärtuste jada. Keerukate asünkroonsete töövoogude ja ressursside haldamine, eriti veakäsitluse ja puhastamise korral, nõuab siiski struktureeritumat lähenemist.

Asünkroonse iteraatori abimeetodite jõud

AsyncIterator Helper (sageli nimetatakse Async Iterator Helper Proposal või on sisse ehitatud teatud keskkondadesse/teekidesse) pakub tööriistade ja mustrite komplekti, et lihtsustada asünkroonsete iteraatoritega töötamist. Kuigi see pole kõigis JavaScripti keskkondades minu viimase värskenduse seisuga sisseehitatud keelefunktsioon, on selle kontseptsioonid laialdaselt kasutusele võetud ja neid saab rakendada või leida teekidest. Põhiidee on pakkuda funktsionaalse programmeerimise sarnaseid meetodeid, mis töötavad asünkroonsete iteraatoritega, sarnaselt sellele, kuidas massiivimeetodid nagu map, filter ja reduce töötavad massiividega.

Need abimeetodid abstraheerivad tavalisi asünkroonse iteratsiooni mustreid, muutes teie koodi:

• Loetavamaks: Deklaratiivne stiil vähendab boilerplate'i.
• Hooldatavamaks: Keerukas loogika on jagatud koostalitluslikeks toiminguteks.
• Tugevamaks: Sisseehitatud veakäsitlus ja ressursihalduse võimalused.

Tavalised asünkroonse iteraatori abimeetodi toimingud (kontseptuaalsed)

Kuigi konkreetsed rakendused võivad varieeruda, hõlmavad kontseptuaalsed abimeetodid sageli järgmist:

• map(asyncIterator, async fn): Teisendab iga asünkroonse iteraatori poolt toodetud väärtuse asünkroonselt.
• filter(asyncIterator, async predicateFn): Filtreerib väärtusi asünkroonse predikaadi alusel.
• take(asyncIterator, count): Võtab esimesed count elemendid.
• drop(asyncIterator, count): Jätab esimesed count elemendid vahele.
• toArray(asyncIterator): Kogub kõik väärtused massiiviks.
• forEach(asyncIterator, async fn): Käivitab iga väärtuse jaoks asünkroonse funktsiooni.
• reduce(asyncIterator, async accumulatorFn, initialValue): Vähendab asünkroonse iteraatori üheks väärtuseks.
• flatMap(asyncIterator, async fn): Kaardistab iga väärtuse asünkroonsele iteraatorile ja lamedab tulemused.
• chain(...asyncIterators): Ühendab mitu asünkroonset iteraatorit.

Asünkroonse voo ressursihalduri loomine

Asünkroonsete iteraatorite ja nende abimeetodite tegelik jõud avaldub, kui rakendame neid ressursihaldusele. Levinud muster ressursihalduse puhul hõlmab ressursi hankimist, selle kasutamist ja seejärel selle vabastamist, sageli asünkroonses kontekstis. See on eriti oluline järgmiste jaoks:

• Andmebaasiühendused
• Failikäepidemed
• Võrgupesad
• Kolmanda osapoole API kliendid
• Mälusisesed vahemälud

Hästi kujundatud Asünkroonse voo ressursihaldur peaks käsitlema:

• Hõive: Ressursi asünkroonne hankimine.
• Kasutamine: Ressursi pakkumine kasutamiseks asünkroonses toimingus.
• Vabastamine: Tagamine, et ressurss oleks korralikult puhastatud, isegi vigade korral.
• Samaaegsuse kontroll: Haldamine, kui palju ressursse on samaaegselt aktiivsed.
• Kogumine: Hangitud ressursside taaskasutamine jõudluse parandamiseks.

Ressursside hankimise muster asünkroonsete generaatoritega

Saame kasutada asünkroonseid generaatoreid ühe ressursi elutsükli haldamiseks. Põhiidee on kasutada yield ressursi tarbijale edastamiseks ja seejärel kasutada plokki try...finally puhastamise tagamiseks.

            async function* managedResource(resourceAcquirer, resourceReleaser) {
  let resource;
  try {
    resource = await resourceAcquirer(); // Hangige ressurss asünkroonselt
    yield resource; // Pakkuge ressurss tarbijale
  } finally {
    if (resource) {
      await resourceReleaser(resource); // Vabastage ressurss asünkroonselt
    }
  }
}

// Näide kasutamisest:

const mockAcquire = async () => {
  console.log('Ressursi hankimine...');
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500));
  const connection = { id: Math.random(), query: (sql) => console.log(`Käivitamine: ${sql}`) };
  console.log('Ressurss hangitud.');
  return connection;
};

const mockRelease = async (conn) => {
  console.log(`Ressursi ${conn.id} vabastamine...`);
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 300));
  console.log('Ressurss vabastatud.');
};

(async () => {
  const resourceIterator = managedResource(mockAcquire, mockRelease);
  const iterator = resourceIterator[Symbol.asyncIterator]();

  // Hangi ressurss
  const { value: connection, done } = await iterator.next();

  if (!done && connection) {
    try {
      connection.query('SELECT * FROM users');
      // Simuleeri tööd ühendusega
      await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
    } finally {
      // Käivitage lõplik plokk generaatoris puhastamiseks, kui ressurss on hangitud
      if (typeof iterator.return === 'function') {
        await iterator.return();
      }
    }
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles mustris tagab asünkroonse generaatori plokk finally, et kutsutakse resourceReleaser, isegi kui ressursi kasutamise ajal ilmneb viga. Selle asünkroonse iteraatori tarbija vastutab iterator.return() kutsumise eest, kui ta on ressursiga lõpetanud, et käivitada puhastamine.

Tugevam ressursihaldur kogumise ja samaaegsusega

Keerukamate rakenduste jaoks on vaja spetsiaalset Ressursihalduri klassi. See haldur käsitleb:

• Ressursside kogum: Saadaolevate ja kasutatavate ressursside kollektsiooni haldamine.
• Hõive strateegia: Otsustamine, kas taaskasutada olemasolevat ressurssi või luua uus.
• Samaaegsuse limiit: Maksimaalse samaaegselt aktiivsete ressursside arvu jõustamine.
• Asünkroonne ootamine: Taotluste järjekorda seadmine, kui ressursipiir on saavutatud.

Kujutame ette lihtsat Asünkroonse ressursikogumi haldurit, kasutades asünkroonseid generaatoreid ja järjekorrasüsteemi.

            class AsyncResourcePoolManager {
  constructor(resourceAcquirer, resourceReleaser, maxResources = 5) {
    this.resourceAcquirer = resourceAcquirer;
    this.resourceReleaser = resourceReleaser;
    this.maxResources = maxResources;
    this.pool = []; // Salvestab saadaolevad ressursid
    this.active = 0;
    this.waitingQueue = []; // Salvestab ootel ressursitaotlused
  }

  async _acquireResource() {
    if (this.active < this.maxResources && this.pool.length === 0) {
      // Kui meil on mahtu ja pole saadaolevaid ressursse, looge uus.
      this.active++;
      try {
        const resource = await this.resourceAcquirer();
        return resource;
      } catch (error) {
        this.active--;
        throw error;
      }
    } else if (this.pool.length > 0) {
      // Taaskasuta saadaval olev ressurss kogumist.
      return this.pool.pop();
    } else {
      // Saadaolevaid ressursse pole ja oleme jõudnud maksimaalse mahuni. Oota.
      return new Promise((resolve, reject) => {
        this.waitingQueue.push({ resolve, reject });
      });
    }
  }

  async _releaseResource(resource) {
    // Kontrollige, kas ressurss on endiselt kehtiv (nt pole aegunud või katki)
    // Lihtsuse huvides eeldame, et kõik vabastatud ressursid on kehtivad.
    this.pool.push(resource);
    this.active--;

    // Kui on ootel taotlusi, andke üks.
    if (this.waitingQueue.length > 0) {
      const { resolve } = this.waitingQueue.shift();
      const nextResource = await this._acquireResource(); // Hangige uuesti, et hoida aktiivne arv õige
      resolve(nextResource);
    }
  }

  // Generaatorfunktsioon hallatava ressursi pakkumiseks.
  // See on see, mida tarbijad itereerivad.
  async *getManagedResource() {
    let resource = null;
    try {
      resource = await this._acquireResource();
      yield resource;
    } finally {
      if (resource) {
        await this._releaseResource(resource);
      }
    }
  }
}

// Halduri näide kasutamisest:

const mockDbAcquire = async () => {
  console.log('DB: Ühenduse hankimine...');
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 600));
  const connection = { id: Math.random(), query: (sql) => console.log(`DB: Käivitan ${sql} ühendusel ${connection.id}`) };
  console.log(`DB: Ühendus ${connection.id} hangitud.`);
  return connection;
};

const mockDbRelease = async (conn) => {
  console.log(`DB: Ühenduse ${conn.id} vabastamine...`);
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 400));
  console.log(`DB: Ühendus ${conn.id} vabastatud.`);
};

(async () => {
  const dbManager = new AsyncResourcePoolManager(mockDbAcquire, mockDbRelease, 2); // Max 2 ühendust

  const tasks = [];
  for (let i = 0; i < 5; i++) {
    tasks.push((async () => {
      const iterator = dbManager.getManagedResource()[Symbol.asyncIterator]();
      let connection = null;
      try {
        const { value, done } = await iterator.next();
        if (!done) {
          connection = value;
          console.log(`Ülesanne ${i}: Kasutan ühendust ${connection.id}`);
          await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, Math.random() * 1500 + 500)); // Simuleeri tööd
          connection.query(`SELECT data FROM table_${i}`);
        }
      } catch (error) {
        console.error(`Ülesanne ${i}: Viga - ${error.message}`);
      } finally {
        // Veenduge, et iterator.return() kutsutakse ressursi vabastamiseks
        if (typeof iterator.return === 'function') {
          await iterator.return();
        }
      }
    })());
  }

  await Promise.all(tasks);
  console.log('Kõik ülesanded on lõpetatud.');
})();

            

              
                Copy
              
            
          

See AsyncResourcePoolManager demonstreerib:

• Ressursside hankimine: Meetod _acquireResource käsitleb kas uue ressursi loomist või ressursi kogumist.
• Samaaegsuse limiit: Parameeter maxResources piirab aktiivsete ressursside arvu.
• Ootejärjekord: Limiiti ületavad taotlused seatakse järjekorda ja lahendatakse, kui ressursid muutuvad kättesaadavaks.
• Ressursi vabastamine: Meetod _releaseResource tagastab ressursi kogumisse ja kontrollib ootejärjekorda.
• Generaatori liides: Asünkroonse generaatori getManagedResource pakub tarbijatele puhta, itereeritava liidese.

Tarbijakood itereerib nüüd, kasutades for await...of või haldab iteraatorit selgesõnaliselt, tagades, et iterator.return() kutsutakse plokis finally, et tagada ressursi puhastamine.

Asünkroonse iteraatori abimeetodite kasutamine voogude töötlemiseks

Kui teil on süsteem, mis toodab andme- või ressursivooge (nagu meie AsyncResourcePoolManager), saate nende voogude tõhusaks töötlemiseks rakendada asünkroonse iteraatori abimeetodite jõudu. See muudab toorandmevood toimivateks teadmisteks või teisendatud väljunditeks.

Näide: Andmevoo kaardistamine ja filtreerimine

Kujutame ette asünkroonset generaatorit, mis toob andmeid leheküljendatud API-st:

            async function* fetchPaginatedData(apiEndpoint, initialPage = 1) {
  let currentPage = initialPage;
  let hasMore = true;

  while (hasMore) {
    console.log(`Lehe ${currentPage} toomine...`);
    // Simuleeri API-kõnet
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 300));
    const response = {
      data: [
        { id: currentPage * 10 + 1, status: 'active', value: Math.random() },
        { id: currentPage * 10 + 2, status: 'inactive', value: Math.random() },
        { id: currentPage * 10 + 3, status: 'active', value: Math.random() }
      ],
      nextPage: currentPage + 1,
      isLastPage: currentPage >= 3 // Simuleeri leheküljendamise lõppu
    };

    if (response.data && response.data.length > 0) {
      for (const item of response.data) {
        yield item;
      }
    }

    if (response.isLastPage) {
      hasMore = false;
    } else {
      currentPage = response.nextPage;
    }
  }
  console.log('Andmete toomine lõpetatud.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nüüd kasutame kontseptuaalseid asünkroonse iteraatori abimeetodeid (kujutage ette, et need on saadaval teegi kaudu nagu ixjs või sarnased mustrid), et seda voogu töödelda:

            // Eeldatakse, et 'ix' on teek, mis pakub asünkroonseid iteraatori abimeetodeid
// import { from, map, filter, toArray } from 'ix/async-iterable';

// Demonstratsiooni jaoks määratleme mock-abimeetodid
const asyncMap = async function*(source, fn) {
  for await (const item of source) {
    yield await fn(item);
  }
};

const asyncFilter = async function*(source, predicate) {
  for await (const item of source) {
    if (await predicate(item)) {
      yield item;
    }
  }
};

const asyncToArray = async function*(source) {
  const result = [];
  for await (const item of source) {
    result.push(item);
  }
  return result;
};

(async () => {
  const rawDataStream = fetchPaginatedData('https://api.example.com/data');

  // Töötle voogu:
  // 1. Filtreeri aktiivsed üksused.
  // 2. Kaardista ainult "väärtuse" eraldamiseks.
  // 3. Koguge tulemused massiiviks.

  const processedStream = asyncMap(
    asyncFilter(rawDataStream, item => item.status === 'active'),
    item => item.value
  );

  const activeValues = await asyncToArray(processedStream);

  console.log('\n--- Töödeldud aktiivsed väärtused ---');
  console.log(activeValues);
  console.log(`Töödeldud aktiivsete väärtuste koguarv: ${activeValues.length}`);
})();

            

              
                Copy
              
            
          

See näitab, kuidas abimeetodid võimaldavad luua sujuva ja deklaratiivse viisi keerukate andmetöötluskanalite loomiseks. Iga toiming (filter, map) võtab asünkroonse itereeritava objekti ja tagastab uue, võimaldades hõlpsat koostamist.

Peamised kaalutlused oma süsteemi loomisel

Asünkroonse iteraatori abimeetodi ressursihalduri kavandamisel ja rakendamisel pidage meeles järgmist:

1. Veakäsitlusstrateegia

Asünkroonsed toimingud on altid vigadele. Teie ressursihalduril peab olema tugev veakäsitlusstrateegia. See hõlmab:

• Graceful failure: Kui ressursi hankimine ebaõnnestub või ressursi toiming ebaõnnestub, peaks süsteem ideaaljuhul proovima taastuda või ebaõnnestuma ennustatavalt.
• Ressursi puhastamine vea korral: Eriti oluline on, et ressursid tuleb vabastada isegi vigade korral. Plokk try...finally asünkroonsetes generaatorites ja iteraatori return() kutsete hoolikas haldamine on olulised.
• Vigade edastamine: Vead tuleks õigesti edastada teie ressursihalduri tarbijatele.

2. Samaaegsus ja jõudlus

Säte maxResources on samaaegsuse kontrollimiseks hädavajalik. Liiga vähe ressursse võib põhjustada kitsaskohti, samas kui liiga palju võib välist süsteemi või teie enda rakenduse mälu üle koormata. Jõudlust saab veelgi optimeerida:

• Tõhus hankimine/vabastamine: Minimeerige latentsust funktsioonides resourceAcquirer ja resourceReleaser.
• Ressursside kogumine: Ressursside taaskasutamine vähendab oluliselt üldkulusid võrreldes nende sagedase loomise ja hävitamisega.
• Intelligentne järjekorda seadmine: Kaaluge erinevaid järjekorda seadmise strateegiaid (nt prioriteetsete järjekordi), kui teatud toimingud on teistest olulisemad.

3. Taaskasutatavus ja komponeeritavus

Kujundage oma ressursihaldur ja funktsioonid, mis sellega suhtlevad, nii et need oleksid taaskasutatavad ja komponeeritavad. See tähendab:

• Ressursitüüpide abstraheerimine: Haldur peaks olema piisavalt üldine, et käsitleda erinevat tüüpi ressursse.
• Selged liidesed: Ressursside hankimise ja vabastamise meetodid peaksid olema hästi määratletud.
• Abiteekide kasutamine: Kui see on saadaval, kasutage teeke, mis pakuvad tugevaid asünkroonse iteraatori abifunktsioone, et luua keerukaid töötluskanaleid oma ressursivoogude peale.

4. Globaalsed kaalutlused

Globaalse vaatajaskonna jaoks kaaluge:

• Ajalõpud: Rakendage ajalõpud ressursi hankimiseks ja toiminguteks, et vältida lõputut ootamist, eriti kui suhtlete kaugtalitustega, mis võivad olla aeglased või ei reageeri.
• Piirkondlikud API erinevused: Kui teie ressursid on välised API-d, olge teadlik võimalikest piirkondlikest erinevustest API käitumises, määrade piirangutes või andmevormingutes.
• Rahvusvahelistamine (i18n) ja lokaliseerimine (l10n): Kui teie rakendus tegeleb kasutajale suunatud sisu või logidega, veenduge, et ressursihaldus ei häiriks i18n/l10n protsesse.

Reaalsed rakendused ja kasutusjuhud

Asünkroonse iteraatori abimeetodi ressursihalduri muster on laialdaselt rakendatav:

• Suuremahuline andmetöötlus: Massiivsete andmekogumite töötlemine andmebaasidest või pilvesalvestusest, kus iga andmebaasiühendust või failikäepidet tuleb hoolikalt hallata.
• Mikroteenuste suhtlus: Ühenduste haldamine erinevate mikroteenustega, tagades, et samaaegsed taotlused ei koorma ühtegi teenust üle.
• Veebi kaapimine: HTTP-ühenduste ja puhverserverite tõhus haldamine suurte veebisaitide kaapimiseks.
• Reaalajas andmevood: Mitme reaalajas andmevoo (nt WebSocketid) tarbimine ja töötlemine, mis võivad iga ühenduse jaoks vajada spetsiaalseid ressursse.
• Taustatööde töötlemine: Asünkroonsete ülesannetega tegelevate töötajaprotsesside kogumi ressursside korraldamine ja haldamine.

Järeldus

JavaScripti asünkroonsed iteraatorid, asünkroonsed generaatorid ja esilekerkivad mustrid Asünkroonse iteraatori abimeetodite ümber pakuvad võimsa ja elegantse aluse keerukate asünkroonsete süsteemide loomiseks. Võttes kasutusele struktureeritud lähenemisviisi ressursihaldusele, näiteks Asünkroonse voo ressursihalduri muster, saavad arendajad luua rakendusi, mis pole mitte ainult suure jõudluse ja skaleeritavusega, vaid ka oluliselt hooldatavamad ja vastupidavamad.

Nende kaasaegsete JavaScripti funktsioonide omaksvõtmine võimaldab meil liikuda kaugemale tagasikutsete põrgust ja keerukatest lubaduste kettidest, võimaldades meil kirjutada selgemat, deklaratiivsemat ja võimsamat asünkroonset koodi. Kui te tegelete keerukate asünkroonsete töövoogude ja ressursimahukate toimingutega, kaaluge asünkroonsete iteraatorite ja ressursihalduse jõudu, et luua järgmise põlvkonna vastupidavaid rakendusi.

Peamised järeldused:

• Asünkroonsed iteraatorid ja generaatorid lihtsustavad asünkroonseid jadasid.
• Asünkroonse iteraatori abimeetodid pakuvad komponeeritavaid, funktsionaalseid meetodeid asünkroonseks iteratsiooniks.
• Asünkroonse voo ressursihaldur käsitleb elegantselt ressursi hankimist, kasutamist ja puhastamist asünkroonselt.
• Õige veakäsitlus ja samaaegsuse kontroll on tugeva süsteemi jaoks üliolulised.
• See muster on rakendatav paljudele globaalsetele, andmemahukatele rakendustele.

Alustage nende mustrite uurimist oma projektides ja avage uued asünkroonse programmeerimise tõhususe tasemed!