ترکیب‌کننده‌های Async Iterator در جاوااسکریپت: تبدیل استریم برای برنامه‌های مدرن

در چشم‌انداز به سرعت در حال تحول توسعه وب مدرن و سمت سرور، مدیریت کارآمد استریم‌های داده ناهمگام از اهمیت بالایی برخوردار است. Async Iterators جاوااسکریپت، همراه با ترکیب‌کننده‌های قدرتمند، راه‌حلی زیبا و با کارایی بالا برای تبدیل و دستکاری این استریم‌ها ارائه می‌دهند. این راهنمای جامع به بررسی مفهوم ترکیب‌کننده‌های Async Iterator می‌پردازد و مزایا، کاربردهای عملی و ملاحظات جهانی آن‌ها را برای توسعه‌دهندگان در سراسر جهان به نمایش می‌گذارد.

درک Async Iterators و Async Generators

قبل از پرداختن به ترکیب‌کننده‌ها، بیایید درک محکمی از Async Iterators و Async Generators به دست آوریم. این ویژگی‌ها که در ECMAScript 2018 معرفی شدند، ما را قادر می‌سازند تا با توالی‌های داده ناهمگام به روشی ساختاریافته و قابل پیش‌بینی کار کنیم.

Async Iterators

یک Async Iterator شیئی است که متد next() را فراهم می‌کند که یک promise را برمی‌گرداند که به شیئی با دو خصوصیت value و done حل می‌شود. خصوصیت value مقدار بعدی در توالی را نگه می‌دارد و خصوصیت done نشان می‌دهد که آیا iterator به انتهای توالی رسیده است یا خیر.

در اینجا یک مثال ساده آورده شده است:

            
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
              
            
          

Async Generators

Async Generators سینتکس مختصرتری برای ایجاد Async Iterators فراهم می‌کنند. آنها توابعی هستند که با سینتکس async function* تعریف می‌شوند و از کلمه کلیدی yield برای تولید مقادیر به صورت ناهمگام استفاده می‌کنند.

در اینجا همان مثال با استفاده از یک Async Generator آورده شده است:

            
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
              
            
          

Async Iterators و Async Generators بلوک‌های سازنده اساسی برای کار با استریم‌های داده ناهمگام در جاوااسکریپت هستند. آنها ما را قادر می‌سازند تا داده‌ها را به محض در دسترس قرار گرفتن پردازش کنیم، بدون اینکه thread اصلی را مسدود کنیم.

معرفی ترکیب‌کننده‌های Async Iterator

ترکیب‌کننده‌های Async Iterator توابعی هستند که یک یا چند Async Iterator را به عنوان ورودی می‌گیرند و یک Async Iterator جدید را برمی‌گردانند که استریم‌های ورودی را به نوعی تبدیل یا ترکیب می‌کند. آنها از مفاهیم برنامه‌نویسی تابعی الهام گرفته‌اند و روشی قدرتمند و قابل ترکیب برای دستکاری داده‌های ناهمگام ارائه می‌دهند.

در حالی که جاوااسکریپت ترکیب‌کننده‌های Async Iterator داخلی مانند برخی از زبان‌های تابعی ندارد، ما به راحتی می‌توانیم آنها را خودمان پیاده‌سازی کنیم یا از کتابخانه‌های موجود استفاده کنیم. بیایید برخی از ترکیب‌کننده‌های رایج و مفید را بررسی کنیم.

۱. map

ترکیب‌کننده map یک تابع داده شده را برای هر مقداری که توسط Async Iterator ورودی منتشر می‌شود اعمال می‌کند و یک Async Iterator جدید برمی‌گرداند که مقادیر تبدیل شده را منتشر می‌کند. این مشابه تابع map برای آرایه‌ها است.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: ترکیب‌کننده map در مناطق و صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. هنگام اعمال تبدیل‌ها، الزامات بومی‌سازی و بین‌المللی‌سازی را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، اگر داده‌هایی را که شامل تاریخ یا اعداد هستند نگاشت می‌کنید، اطمینان حاصل کنید که تابع تبدیل، فرمت‌های منطقه‌ای مختلف را به درستی مدیریت می‌کند.

۲. filter

ترکیب‌کننده filter فقط مقادیری از Async Iterator ورودی را منتشر می‌کند که یک تابع предиکت (predicate) داده شده را برآورده می‌کنند.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: توابع предиکت مورد استفاده در filter ممکن است نیاز به در نظر گرفتن تغییرات داده‌های فرهنگی یا منطقه‌ای داشته باشند. به عنوان مثال، فیلتر کردن داده‌های کاربر بر اساس سن ممکن است به آستانه‌ها یا ملاحظات قانونی متفاوتی در کشورهای مختلف نیاز داشته باشد.

۳. take

ترکیب‌کننده take فقط n مقدار اول از Async Iterator ورودی را منتشر می‌کند.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: take می‌تواند در سناریوهایی که نیاز به پردازش زیرمجموعه محدودی از یک استریم بالقوه بی‌نهایت دارید، مفید باشد. استفاده از آن را برای محدود کردن درخواست‌های API یا کوئری‌های پایگاه داده در نظر بگیرید تا از تحت فشار قرار گرفتن سیستم‌ها در مناطق مختلف با ظرفیت‌های زیرساختی متفاوت جلوگیری شود.

۴. drop

ترکیب‌کننده drop از n مقدار اول از Async Iterator ورودی صرف‌نظر کرده و مقادیر باقی‌مانده را منتشر می‌کند.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: مشابه take، drop می‌تواند هنگام کار با مجموعه داده‌های بزرگ ارزشمند باشد. اگر یک استریم داده از یک پایگاه داده توزیع شده جهانی دارید، ممکن است از drop برای رد کردن رکوردهای از قبل پردازش شده بر اساس یک برچسب زمانی یا شماره توالی استفاده کنید و از همگام‌سازی کارآمد در مکان‌های جغرافیایی مختلف اطمینان حاصل کنید.

۵. reduce

ترکیب‌کننده reduce مقادیر از Async Iterator ورودی را با استفاده از یک تابع کاهنده (reducer) داده شده، در یک مقدار واحد جمع می‌کند. این مشابه تابع reduce برای آرایه‌ها است.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: هنگام استفاده از reduce، به ویژه برای محاسبات مالی یا علمی، مراقب خطاهای دقت و گرد کردن در پلتفرم‌ها و مناطق مختلف باشید. از کتابخانه‌ها یا تکنیک‌های مناسب برای اطمینان از نتایج دقیق، صرف نظر از موقعیت جغرافیایی کاربر، استفاده کنید.

۶. flatMap

ترکیب‌کننده flatMap یک تابع را برای هر مقداری که توسط Async Iterator ورودی منتشر می‌شود اعمال می‌کند، که این تابع یک Async Iterator دیگر را برمی‌گرداند. سپس Async Iterators حاصل را در یک Async Iterator واحد مسطح (flatten) می‌کند.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: flatMap برای تبدیل یک استریم داده به یک استریم داده مرتبط مفید است. اگر، به عنوان مثال، هر عنصر از استریم اصلی نماینده یک کشور باشد، تابع تبدیل می‌تواند لیستی از شهرها در آن کشور را واکشی کند. هنگام واکشی داده‌ها از منابع مختلف جهانی، از محدودیت‌های نرخ API و تأخیر آگاه باشید و مکانیزم‌های ذخیره‌سازی موقت (caching) یا کنترل نرخ (throttling) مناسب را پیاده‌سازی کنید.

۷. forEach

ترکیب‌کننده forEach یک تابع ارائه شده را یک بار برای هر مقدار از Async Iterator ورودی اجرا می‌کند. برخلاف سایر ترکیب‌کننده‌ها، یک Async Iterator جدید برنمی‌گرداند؛ برای اثرات جانبی (side effects) استفاده می‌شود.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: forEach می‌تواند برای راه‌اندازی اقداماتی مانند ثبت لاگ، ارسال اعلان‌ها یا به‌روزرسانی عناصر UI استفاده شود. هنگام استفاده از آن در یک برنامه توزیع شده جهانی، پیامدهای انجام اقدامات در مناطق زمانی مختلف یا تحت شرایط شبکه متغیر را در نظر بگیرید. مدیریت خطای مناسب و مکانیزم‌های تلاش مجدد را برای اطمینان از قابلیت اطمینان پیاده‌سازی کنید.

۸. toArray

ترکیب‌کننده toArray تمام مقادیر از Async Iterator ورودی را در یک آرایه جمع‌آوری می‌کند.

            
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
              
            
          

ملاحظات جهانی: هنگام کار با استریم‌های بالقوه بی‌نهایت یا بسیار بزرگ، از toArray با احتیاط استفاده کنید، زیرا می‌تواند منجر به اتمام حافظه شود. برای مجموعه داده‌های بسیار بزرگ، رویکردهای جایگزین مانند پردازش داده‌ها در قطعات (chunks) یا استفاده از APIهای استریم را در نظر بگیرید. اگر با محتوای تولید شده توسط کاربران از سراسر جهان کار می‌کنید، هنگام ذخیره داده‌ها در یک آرایه، از رمزگذاری‌های مختلف کاراکتر و جهت‌گیری‌های متن آگاه باشید.

ترکیب کردن ترکیب‌کننده‌ها

قدرت واقعی ترکیب‌کننده‌های Async Iterator در قابلیت ترکیب‌پذیری آنها نهفته است. شما می‌توانید چندین ترکیب‌کننده را به هم زنجیر کنید تا خطوط لوله پردازش داده پیچیده‌ای ایجاد کنید.

به عنوان مثال، فرض کنید یک Async Iterator دارید که یک استریم از اعداد را منتشر می‌کند، و شما می‌خواهید اعداد فرد را فیلتر کنید، اعداد زوج را به توان دو برسانید و سپس سه نتیجه اول را بگیرید. شما می‌توانید این کار را با ترکیب کردن ترکیب‌کننده‌های filter، map و take انجام دهید:

            
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
              
            
          

این نشان می‌دهد که چگونه می‌توانید با ترکیب کردن ترکیب‌کننده‌های ساده و قابل استفاده مجدد، تبدیل‌های داده پیچیده‌ای بسازید.

کاربردهای عملی

ترکیب‌کننده‌های Async Iterator در سناریوهای مختلفی ارزشمند هستند، از جمله:

• پردازش داده‌های بلادرنگ: پردازش استریم‌های داده از سنسورها، فیدهای رسانه‌های اجتماعی یا بازارهای مالی.
• خطوط لوله داده: ساخت خطوط لوله ETL (Extract, Transform, Load) برای انبار داده و تحلیل.
• APIهای ناهمگام: مصرف داده از APIهایی که داده‌ها را به صورت قطعه‌ای برمی‌گردانند.
• به‌روزرسانی‌های UI: به‌روزرسانی رابط‌های کاربری بر اساس رویدادهای ناهمگام.
• پردازش فایل: خواندن و پردازش فایل‌های بزرگ به صورت قطعه‌ای.

مثال: داده‌های بلادرنگ سهام

تصور کنید در حال ساخت یک برنامه مالی هستید که داده‌های بلادرنگ سهام را از سراسر جهان نمایش می‌دهد. شما یک استریم از به‌روزرسانی‌های قیمت برای سهام مختلف دریافت می‌کنید که با نمادهای تیکر آنها مشخص شده‌اند. شما می‌خواهید این استریم را فیلتر کنید تا فقط به‌روزرسانی‌های مربوط به سهام معامله شده در بورس اوراق بهادار نیویورک (NYSE) را نشان دهید و سپس آخرین قیمت برای هر سهم را نمایش دهید.

            
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
              
            
          

این مثال نشان می‌دهد که چگونه می‌توانید از ترکیب‌کننده‌های Async Iterator برای پردازش کارآمد یک استریم داده بلادرنگ، فیلتر کردن داده‌های نامربوط و به‌روزرسانی UI با آخرین اطلاعات استفاده کنید. در یک سناریوی واقعی، شما استریم داده شبیه‌سازی شده سهام را با اتصال به یک فید داده مالی بلادرنگ جایگزین می‌کنید.

انتخاب کتابخانه مناسب

در حالی که می‌توانید ترکیب‌کننده‌های Async Iterator را خودتان پیاده‌سازی کنید، چندین کتابخانه ترکیب‌کننده‌های از پیش ساخته شده و سایر ابزارهای مفید را ارائه می‌دهند. برخی از گزینه‌های محبوب عبارتند از:

• IxJS (Reactive Extensions for JavaScript): یک کتابخانه قدرتمند برای کار با داده‌های ناهمگام و مبتنی بر رویداد با استفاده از پارادایم برنامه‌نویسی واکنشی. این کتابخانه شامل مجموعه غنی از اپراتورها است که می‌توان با Async Iterators استفاده کرد.
• zen-observable: یک کتابخانه سبک برای Observables، که به راحتی می‌توانند به Async Iterators تبدیل شوند.
• Most.js: یک کتابخانه استریم‌های واکنشی با کارایی بالا دیگر.

انتخاب کتابخانه مناسب به نیازها و ترجیحات خاص شما بستگی دارد. عواملی مانند اندازه بسته (bundle size)، عملکرد و در دسترس بودن ترکیب‌کننده‌های خاص را در نظر بگیرید.

ملاحظات عملکردی

در حالی که ترکیب‌کننده‌های Async Iterator روشی تمیز و قابل ترکیب برای کار با داده‌های ناهمگام ارائه می‌دهند، در نظر گرفتن پیامدهای عملکردی، به ویژه هنگام کار با استریم‌های داده بزرگ، ضروری است.

• از iteratorهای میانی غیر ضروری اجتناب کنید: هر ترکیب‌کننده یک Async Iterator جدید ایجاد می‌کند که می‌تواند سربار ایجاد کند. سعی کنید تعداد ترکیب‌کننده‌ها را در خط لوله خود به حداقل برسانید.
• از الگوریتم‌های کارآمد استفاده کنید: الگوریتم‌هایی را انتخاب کنید که برای اندازه و ویژگی‌های داده‌های شما مناسب باشند.
• فشار برگشتی (backpressure) را در نظر بگیرید: اگر منبع داده شما داده‌ها را سریع‌تر از آنچه مصرف‌کننده شما می‌تواند پردازش کند تولید می‌کند، مکانیزم‌های فشار برگشتی را برای جلوگیری از سرریز حافظه پیاده‌سازی کنید.
• کد خود را بنچمارک کنید: از ابزارهای پروفایل‌سازی برای شناسایی تنگناهای عملکردی و بهینه‌سازی کد خود استفاده کنید.

بهترین شیوه‌ها

در اینجا برخی از بهترین شیوه‌ها برای کار با ترکیب‌کننده‌های Async Iterator آورده شده است:

• ترکیب‌کننده‌ها را کوچک و متمرکز نگه دارید: هر ترکیب‌کننده باید یک هدف واحد و به خوبی تعریف شده داشته باشد.
• تست‌های واحد بنویسید: ترکیب‌کننده‌های خود را به طور کامل آزمایش کنید تا اطمینان حاصل کنید که مطابق انتظار رفتار می‌کنند.
• از نام‌های توصیفی استفاده کنید: نام‌هایی را برای ترکیب‌کننده‌های خود انتخاب کنید که عملکرد آنها را به وضوح نشان دهد.
• کد خود را مستند کنید: مستندات واضحی برای ترکیب‌کننده‌ها و خطوط لوله داده خود ارائه دهید.
• مدیریت خطا را در نظر بگیرید: مدیریت خطای قوی را برای رسیدگی به خطاهای غیرمنتظره در استریم‌های داده خود پیاده‌سازی کنید.

نتیجه‌گیری

ترکیب‌کننده‌های Async Iterator جاوااسکریپت روشی قدرتمند و زیبا برای تبدیل و دستکاری استریم‌های داده ناهمگام ارائه می‌دهند. با درک اصول Async Iterators و Async Generators، و با بهره‌گیری از قدرت ترکیب‌کننده‌ها، می‌توانید خطوط لوله پردازش داده کارآمد و مقیاس‌پذیری برای برنامه‌های وب مدرن و سمت سرور بسازید. هنگام طراحی برنامه‌های خود، پیامدهای جهانی فرمت‌های داده، مدیریت خطا و عملکرد در مناطق و فرهنگ‌های مختلف را در نظر بگیرید تا راه‌حل‌هایی واقعاً آماده برای جهان ایجاد کنید.