JavaScript Async Iterator Helper: Asünkroonse voo puhverdamise meisterlik valdamine

Asünkroonne programmeerimine on kaasaegse JavaScripti arenduse nurgakivi. Andmevoogude käsitlemine, suurte failide töötlemine ja reaalajas uuenduste haldamine tuginevad kõik tõhusatele asünkroonsetele operatsioonidele. Asünkroonsed iteraatorid (Async Iterators), mis võeti kasutusele ES2018-s, pakuvad võimsa mehhanismi asünkroonsete andmejadade käsitlemiseks. Mõnikord on aga vaja rohkem kontrolli nende voogude töötlemise üle. Siin muutub hindamatuks voo puhverdamine, mida sageli hõlbustavad kohandatud asünkroonsed iteraatori abilised (Async Iterator Helpers).

Mis on asünkroonsed iteraatorid ja asünkroonsed generaatorid?

Enne puhverdamisse süvenemist vaatame lühidalt üle asünkroonsed iteraatorid ja asünkroonsed generaatorid:

• Asünkroonsed iteraatorid: Objekt, mis vastab asünkroonse iteraatori protokollile, mis defineerib next() meetodi, mis tagastab lubaduse (promise), mis laheneb IteratorResult objektiks ({ value: any, done: boolean }).
• Asünkroonsed generaatorid: Funktsioonid, mis on deklareeritud süntaksiga async function*. Nad rakendavad automaatselt asünkroonse iteraatori protokolli ja võimaldavad teil asünkroonseid väärtusi yieldida.

Siin on lihtne näide asünkroonsest generaatorist:

            
async function* generateNumbers(count) {
  for (let i = 0; i < count; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simuleerib asünkroonset operatsiooni
    yield i;
  }
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

See kood genereerib numbreid 0 kuni 4, 500ms viivitusega iga numbri vahel. for await...of tsükkel tarbib asünkroonset voogu.

Voo puhverdamise vajadus

Kuigi asünkroonsed iteraatorid pakuvad viisi asünkroonsete andmete tarbimiseks, ei paku nad iseenesest puhverdamisvõimalusi. Puhverdamine muutub oluliseks mitmesugustes stsenaariumides:

• Päringute piiramine (Rate Limiting): Kujutage ette andmete toomist välisest API-st, millel on päringulimiidid. Puhverdamine võimaldab teil päringuid koguda ja neid partiidena saata, austades API piiranguid. Näiteks võib sotsiaalmeedia API piirata kasutajaprofiilide päringute arvu minutis.
• Andmete teisendamine: Enne keeruka teisenduse tegemist võib olla vaja koguda teatud arv elemente. Näiteks anduriandmete töötlemine nõuab mustrite tuvastamiseks väärtuste akna analüüsimist.
• Vigade käsitlemine: Puhverdamine võimaldab ebaõnnestunud operatsioone tõhusamalt uuesti proovida. Kui võrgupäring ebaõnnestub, saate puhverdatud andmed hilisemaks katseks uuesti järjekorda panna.
• Jõudluse optimeerimine: Andmete töötlemine suuremates tükkides võib sageli parandada jõudlust, vähendades üksikute operatsioonide üldkulusid. Mõelge pildiandmete töötlemisele; suuremate tükkide lugemine ja töötlemine võib olla tõhusam kui iga piksli eraldi töötlemine.
• Reaalajas andmete koondamine: Rakendustes, mis tegelevad reaalajas andmetega (nt aktsiahinnad, IoT andurite näidud), võimaldab puhverdamine koondada andmeid ajaakende kaupa analüüsiks ja visualiseerimiseks.

Asünkroonse voo puhverdamise rakendamine

JavaScriptis on mitu viisi asünkroonse voo puhverdamise rakendamiseks. Uurime mõnda levinumat lähenemist, sealhulgas kohandatud asünkroonse iteraatori abilise loomist.

1. Kohandatud asünkroonse iteraatori abiline

See lähenemine hõlmab korduvkasutatava funktsiooni loomist, mis ümbritseb olemasolevat asünkroonset iteraatorit ja pakub puhverdamise funktsionaalsust. Siin on põhiline näide:

            
async function* bufferAsyncIterator(source, bufferSize) {
  let buffer = [];
  for await (const item of source) {
    buffer.push(item);
    if (buffer.length >= bufferSize) {
      yield buffer;
      buffer = [];
    }
  }
  if (buffer.length > 0) {
    yield buffer;
  }
}

// Kasutusnäide
(async () => {
  const numbers = generateNumbers(15); // Eeldades ülaltoodud generateNumbers funktsiooni
  const bufferedNumbers = bufferAsyncIterator(numbers, 3);

  for await (const chunk of bufferedNumbers) {
    console.log("Chunk:", chunk);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites:

• bufferAsyncIterator võtab sisendiks asünkroonse iteraatori (source) ja bufferSize.
• See itereerib üle source'i, kogudes elemente buffer massiivi.
• Kui buffer saavutab bufferSize suuruse, yielditakse buffer tükina ja buffer lähtestatakse.
• Kõik bufferisse jäänud elemendid pärast allika ammendumist yielditakse viimase tükina.

Kriitiliste osade selgitus:

• async function* bufferAsyncIterator(source, bufferSize): See defineerib asünkroonse generaatorfunktsiooni nimega `bufferAsyncIterator`. See võtab vastu kaks argumenti: `source` (asünkroonne iteraator) ja `bufferSize` (puhvri maksimaalne suurus).
• let buffer = [];: Initsialiseerib tühja massiivi puhverdatud elementide hoidmiseks. See lähtestatakse iga kord, kui tükk (chunk) `yield`itakse.
• for await (const item of source) { ... }: See `for...await...of` tsükkel on puhverdamisprotsessi süda. See itereerib üle `source` asünkroonse iteraatori, tuues korraga ühe elemendi. Kuna `source` on asünkroonne, tagab `await` võtmesõna, et tsükkel ootab iga elemendi lahenemist enne jätkamist.
• buffer.push(item);: Iga `source`-ist toodud `item` lisatakse `buffer` massiivi.
• if (buffer.length >= bufferSize) { ... }: See tingimus kontrollib, kas `buffer` on saavutanud oma maksimaalse suuruse `bufferSize`.
• yield buffer;: Kui puhver on täis, `yield`itakse kogu `buffer` massiiv ühe tükina. `yield` võtmesõna peatab funktsiooni täitmise ja tagastab `buffer`-i tarbijale (kasutusnäites olev `for await...of` tsükkel). Oluline on see, et `yield` ei lõpeta funktsiooni tööd; see jätab oma oleku meelde ja jätkab täitmist sealt, kus see pooleli jäi, kui järgmist väärtust küsitakse.
• buffer = [];: Pärast puhvri `yield`imist lähtestatakse see tühjaks massiiviks, et alustada järgmise elementide tüki kogumist.
• if (buffer.length > 0) { yield buffer; }: Pärast `for await...of` tsükli lõppemist (mis tähendab, et `source`-il pole rohkem elemente) kontrollib see tingimus, kas `buffer`-isse on jäänud elemente. Kui jah, siis need järelejäänud elemendid `yield`itakse viimase tükina. See tagab, et andmeid ei lähe kaduma.

2. Teegi kasutamine (nt RxJS)

Teegid nagu RxJS pakuvad võimsaid operaatoreid asünkroonsete voogudega töötamiseks, sealhulgas puhverdamiseks. Kuigi RxJS lisab keerukust, pakub see rikkalikumat funktsioonide komplekti voo manipuleerimiseks.

            
const { from, interval } = require('rxjs');
const { bufferCount } = require('rxjs/operators');

// Näide RxJS-i kasutamisest
(async () => {
  const numbers = from(generateNumbers(15));
  const bufferedNumbers = numbers.pipe(bufferCount(3));

  bufferedNumbers.subscribe(chunk => {
    console.log("Chunk:", chunk);
  });
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites:

• Kasutame from, et luua RxJS Observable meie generateNumbers asünkroonsest iteraatorist.
• Operaator bufferCount(3) puhverdab voo 3-elemendilisteks tükkideks.
• Meetod subscribe tarbib puhverdatud voogu.

3. Ajapõhise puhvri rakendamine

Mõnikord on vaja andmeid puhverdada mitte elementide arvu, vaid ajaakna alusel. Siin on, kuidas saate rakendada ajapõhist puhvrit:

            
async function* timeBasedBufferAsyncIterator(source, timeWindowMs) {
  let buffer = [];
  let lastEmitTime = Date.now();

  for await (const item of source) {
    buffer.push(item);
    const currentTime = Date.now();
    if (currentTime - lastEmitTime >= timeWindowMs) {
      yield buffer;
      buffer = [];
      lastEmitTime = currentTime;
    }
  }

  if (buffer.length > 0) {
    yield buffer;
  }
}

// Kasutusnäide:
(async () => {
  const numbers = generateNumbers(10);
  const timeBufferedNumbers = timeBasedBufferAsyncIterator(numbers, 1000); // Puhverda 1 sekund

  for await (const chunk of timeBufferedNumbers) {
    console.log("Time-based Chunk:", chunk);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

See näide puhverdab elemente, kuni määratud ajaaken (timeWindowMs) on möödunud. See sobib stsenaariumideks, kus on vaja töödelda andmeid partiidena, mis esindavad teatud perioodi (nt andurite näitude koondamine iga minuti järel).

Täpsemad kaalutlused

1. Vigade käsitlemine

Tugev vigade käsitlemine on asünkroonsete voogudega tegelemisel ülioluline. Kaaluge järgmist:

• Uuesti proovimise mehhanismid: Rakendage ebaõnnestunud operatsioonide jaoks uuesti proovimise loogika. Puhver võib hoida andmeid, mida tuleb pärast viga uuesti töödelda. Teegid nagu `p-retry` võivad olla abiks.
• Vigade edastamine: Veenduge, et allikavoost pärit vead edastatakse tarbijale korrektselt. Kasutage try...catch plokke oma asünkroonse iteraatori abilises, et püüda erandeid ja neid uuesti visata või veaolukorrast märku anda.
• Kaitselüliti muster (Circuit Breaker Pattern): Kui vead püsivad, kaaluge kaskaadrikete vältimiseks kaitselüliti mustri rakendamist. See hõlmab operatsioonide ajutist peatamist, et süsteem saaks taastuda.

2. Vasturõhk (Backpressure)

Vasturõhk viitab tarbija võimele anda tootjale märku, et ta on ülekoormatud ja peab andmete edastamise kiirust aeglustama. Asünkroonsed iteraatorid pakuvad iseenesest teatud vasturõhku await võtmesõna kaudu, mis peatab tootja, kuni tarbija on praeguse elemendi töödelnud. Keerukate töötlemistorude stsenaariumides võib aga vaja minna selgesõnalisemaid vasturõhu mehhanisme.

Kaaluge neid strateegiaid:

• Piiratud puhvrid: Piirake puhvri suurust, et vältida liigset mälukasutust. Kui puhver on täis, saab tootja peatada või andmeid (asjakohase veakäsitlusega) ära visata.
• Signaalimine: Rakendage signaalimismehhanism, kus tarbija teavitab tootjat selgesõnaliselt, kui ta on valmis rohkem andmeid vastu võtma. Seda saab saavutada lubaduste (Promises) ja sündmuste emitterite (event emitters) kombinatsiooniga.

3. Tühistamine (Cancellation)

Tarbijatele asünkroonsete operatsioonide tühistamise lubamine on reageerimisvõimeliste rakenduste loomiseks hädavajalik. Saate kasutada AbortController API-d, et anda asünkroonse iteraatori abilisele tühistamissignaal.

            
async function* cancellableBufferAsyncIterator(source, bufferSize, signal) {
  let buffer = [];
  for await (const item of source) {
    if (signal.aborted) {
      break; // Välju tsüklist, kui tühistamist taotletakse
    }
    buffer.push(item);
    if (buffer.length >= bufferSize) {
      yield buffer;
      buffer = [];
    }
  }
  if (buffer.length > 0 && !signal.aborted) {
    yield buffer;
  }
}

// Kasutusnäide
(async () => {
  const controller = new AbortController();
  const { signal } = controller;
  const numbers = generateNumbers(15);
  const bufferedNumbers = cancellableBufferAsyncIterator(numbers, 3, signal);

  setTimeout(() => {
    controller.abort(); // Tühista 2 sekundi pärast
    console.log("Cancellation Requested");
  }, 2000);

  try {
    for await (const chunk of bufferedNumbers) {
      console.log("Chunk:", chunk);
    }
  } catch (error) {
    console.error("Error during iteration:", error);
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites aktsepteerib funktsioon cancellableBufferAsyncIterator AbortSignal'i. See kontrollib igas iteratsioonis omadust signal.aborted ja väljub tsüklist, kui tühistamist taotletakse. Tarbija saab seejärel operatsiooni tühistada, kasutades controller.abort().

Reaalse maailma näited ja kasutusjuhud

Uurime mõningaid konkreetseid näiteid selle kohta, kuidas asünkroonset voo puhverdamist saab erinevates stsenaariumides rakendada:

• Logide töötlemine: Kujutage ette suure logifaili asünkroonset töötlemist. Saate puhverdada logikirjeid tükkideks ja seejärel analüüsida iga tükki paralleelselt. See võimaldab teil tõhusalt tuvastada mustreid, avastada anomaaliaid ja eraldada logidest asjakohast teavet.
• Andmete vastuvõtmine anduritelt: IoT-rakendustes genereerivad andurid pidevalt andmevoogusid. Puhverdamine võimaldab teil koondada andurite näite ajaakende kaupa ja seejärel teostada analüüsi koondatud andmete põhjal. Näiteks võite puhverdada temperatuurinäite iga minuti järel ja seejärel arvutada selle minuti keskmise temperatuuri.
• Finantsandmete töötlemine: Reaalajas aktsiahindade andmete töötlemine nõuab suure hulga uuenduste käsitlemist. Puhverdamine võimaldab teil koondada hinnapakkumisi lühikeste intervallide kaupa ja seejärel arvutada liikuvaid keskmisi või muid tehnilisi näitajaid.
• Pildi- ja videotöötlus: Suurte piltide või videote töötlemisel võib puhverdamine parandada jõudlust, võimaldades teil töödelda andmeid suuremates tükkides. Näiteks võite puhverdada videokaadreid gruppidesse ja seejärel rakendada igale grupile paralleelselt filtrit.
• API päringute piiramine: Väliste API-dega suhtlemisel aitab puhverdamine teil kinni pidada päringulimiitidest. Saate päringuid puhverdada ja seejärel saata neid partiidena, tagades, et te ei ületa API päringulimiite.

Kokkuvõte

Asünkroonne voo puhverdamine on võimas tehnika asünkroonsete andmevoogude haldamiseks JavaScriptis. Mõistes asünkroonsete iteraatorite, asünkroonsete generaatorite ja kohandatud asünkroonsete iteraatori abiliste põhimõtteid, saate luua tõhusaid, vastupidavaid ja skaleeritavaid rakendusi, mis suudavad toime tulla keerukate asünkroonsete töökoormustega. Ärge unustage oma rakendustes puhverdamise rakendamisel arvestada vigade käsitlemise, vasturõhu ja tühistamisega. Ükskõik, kas töötlete suuri logifaile, võtate vastu anduriandmeid või suhtlete väliste API-dega, aitab asünkroonne voo puhverdamine teil optimeerida jõudlust ja parandada rakenduste üldist reageerimisvõimet. Kaaluge täpsemate voo manipuleerimisvõimaluste jaoks teekide nagu RxJS uurimist, kuid seadke alati esikohale aluseks olevate kontseptsioonide mõistmine, et teha oma puhverdamisstrateegia kohta teadlikke otsuseid.