توابع مولد ناهمگام جاوا اسکریپت: تسلط بر ایجاد جریان‌های ناهمگام

توابع مولد ناهمگام (Async Function Generators) در جاوا اسکریپت مکانیزم قدرتمندی برای ایجاد و مصرف جریان‌های داده ناهمگام فراهم می‌کنند. آن‌ها مزایای برنامه‌نویسی ناهمگام را با ماهیت تکرارپذیر توابع مولد ترکیب می‌کنند و به شما این امکان را می‌دهند که عملیات پیچیده ناهمگام را به روشی قابل مدیریت‌تر و کارآمدتر انجام دهید. این راهنما به عمق دنیای توابع مولد ناهمگام می‌پردازد و سینتکس، موارد استفاده و مزایای آن‌ها را بررسی می‌کند.

درک تکرار ناهمگام

قبل از پرداختن به توابع مولد ناهمگام، درک مفهوم تکرار ناهمگام (asynchronous iteration) بسیار مهم است. تکرارکننده‌های سنتی جاوا اسکریپت به صورت همگام کار می‌کنند، به این معنی که هر مقدار بلافاصله تولید می‌شود. با این حال، بسیاری از سناریوهای دنیای واقعی شامل عملیات ناهمگام هستند، مانند دریافت داده از یک API یا خواندن از یک فایل. تکرار ناهمگام به شما این امکان را می‌دهد که این سناریوها را به خوبی مدیریت کنید.

تکرارکننده‌های ناهمگام در مقابل تکرارکننده‌های همگام

تکرارکننده‌های همگام از متد next() استفاده می‌کنند که یک شیء با ویژگی‌های value و done برمی‌گرداند. ویژگی value مقدار بعدی در دنباله را نگه می‌دارد و ویژگی done نشان می‌دهد که آیا تکرارکننده به پایان رسیده است یا خیر.

از طرف دیگر، تکرارکننده‌های ناهمگام از متد next() استفاده می‌کنند که یک Promise را برمی‌گرداند که به یک شیء با ویژگی‌های value و done resolve می‌شود. این به تکرارکننده اجازه می‌دهد تا قبل از تولید مقدار بعدی، عملیات ناهمگام را انجام دهد.

پروتکل قابل تکرار ناهمگام

برای ایجاد یک قابل تکرار ناهمگام (asynchronous iterable)، یک شیء باید متد Symbol.asyncIterator را پیاده‌سازی کند. این متد باید یک شیء تکرارکننده ناهمگام را برگرداند. در اینجا یک مثال ساده آورده شده است:

            const asyncIterable = {
  [Symbol.asyncIterator]() {
    return {
      i: 0,
      next() {
        if (this.i < 3) {
          return Promise.resolve({ value: this.i++, done: false });
        } else {
          return Promise.resolve({ value: undefined, done: true });
        }
      }
    };
  }
};

(async () => {
  for await (const num of asyncIterable) {
    console.log(num); // Output: 0, 1, 2
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

معرفی توابع مولد ناهمگام

توابع مولد ناهمگام روشی مختصرتر و خواناتر برای ایجاد قابل تکرارهای ناهمگام فراهم می‌کنند. آن‌ها ویژگی‌های توابع ناهمگام و توابع مولد را ترکیب می‌کنند.

سینتکس (نحو)

یک تابع مولد ناهمگام با استفاده از سینتکس async function* تعریف می‌شود:

            async function* myAsyncGenerator() {
  // Asynchronous operations and yield statements here
}

            

              
                Copy
              
            
          

• کلمه کلیدی async نشان می‌دهد که تابع یک Promise برمی‌گرداند.
• سینتکس function* نشان می‌دهد که این یک تابع مولد است.
• کلمه کلیدی yield برای تولید مقادیر از مولد استفاده می‌شود. کلمه کلیدی yield همچنین می‌تواند با کلمه کلیدی await برای تولید مقادیری که نتیجه عملیات ناهمگام هستند، استفاده شود.

مثال پایه

            async function* generateNumbers() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

(async () => {
  for await (const num of generateNumbers()) {
    console.log(num); // Output: 1, 2, 3
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

کاربردهای عملی

توابع مولد ناهمگام به ویژه در سناریوهای زیر مفید هستند:

• استریم داده: پردازش مجموعه داده‌های بزرگ به صورت تکه‌ای، برای جلوگیری از پر شدن حافظه.
• صفحه‌بندی API: دریافت داده از APIهای صفحه‌بندی شده به طور کارآمد.
• داده‌های بی‌درنگ: مدیریت جریان‌های داده بی‌درنگ، مانند خوانش سنسورها یا قیمت سهام.
• صف‌های وظایف ناهمگام: مدیریت و پردازش وظایف ناهمگام در یک صف.

مثال: استریم داده از یک API

تصور کنید نیاز به دریافت یک مجموعه داده بزرگ از یک API دارید که از صفحه‌بندی پشتیبانی می‌کند. به جای دریافت کل مجموعه داده به یکباره، می‌توانید از یک تابع مولد ناهمگام برای استریم داده به صورت تکه‌ای استفاده کنید.

            async function* fetchPaginatedData(url) {
  let page = 1;
  let hasNext = true;

  while (hasNext) {
    const response = await fetch(`${url}?page=${page}`);
    const data = await response.json();

    if (data.results && data.results.length > 0) {
      for (const item of data.results) {
        yield item;
      }
      page++;
      hasNext = data.next !== null; // Assuming the API returns a 'next' property for pagination
    } else {
      hasNext = false;
    }
  }
}

(async () => {
  const dataStream = fetchPaginatedData('https://api.example.com/data');
  for await (const item of dataStream) {
    console.log(item);
    // Process each item here
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، fetchPaginatedData داده‌ها را از API صفحه به صفحه دریافت می‌کند. این تابع هر آیتم در آرایه results را `yield` می‌کند. متغیر hasNext تعیین می‌کند که آیا صفحات بیشتری برای دریافت وجود دارد یا خیر. حلقه for await...of جریان داده را مصرف کرده و هر آیتم را پردازش می‌کند.

مثال: مدیریت داده‌های بی‌درنگ

توابع مولد ناهمگام می‌توانند برای مدیریت جریان‌های داده بی‌درنگ، مانند خوانش سنسورها یا قیمت سهام، استفاده شوند. این به شما امکان می‌دهد تا داده‌ها را به محض رسیدن پردازش کنید، بدون اینکه نخ اصلی را مسدود کنید.

            async function* generateSensorData() {
  while (true) {
    // Simulate fetching sensor data asynchronously
    const sensorValue = await new Promise(resolve => {
      setTimeout(() => {
        resolve(Math.random() * 100); // Simulate a sensor reading
      }, 1000); // Simulate a 1-second delay
    });

    yield sensorValue;
  }
}

(async () => {
  const sensorStream = generateSensorData();
  for await (const value of sensorStream) {
    console.log(`Sensor Value: ${value}`);
    // Process the sensor value here
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، generateSensorData به طور مداوم خوانش‌های سنسور را تولید می‌کند. کلمه کلیدی yield هر خوانش را تولید می‌کند. تابع setTimeout یک عملیات ناهمگام را شبیه‌سازی می‌کند، مانند دریافت داده از یک سنسور. حلقه for await...of جریان داده را مصرف کرده و هر مقدار سنسور را پردازش می‌کند.

مدیریت خطا

مدیریت خطا هنگام کار با عملیات ناهمگام بسیار حیاتی است. توابع مولد ناهمگام روشی طبیعی برای مدیریت خطاها با استفاده از بلوک‌های try...catch فراهم می‌کنند.

            async function* fetchData(url) {
  try {
    const response = await fetch(url);
    if (!response.ok) {
      throw new Error(`HTTP error! status: ${response.status}`);
    }
    const data = await response.json();
    yield data;
  } catch (error) {
    console.error(`Error fetching data: ${error}`);
    // Optionally, yield an error value or re-throw the error
    yield { error: error.message }; // Yielding an error object
  }
}

(async () => {
  const dataStream = fetchData('https://api.example.com/data');
  for await (const item of dataStream) {
    if (item.error) {
      console.log(`Received error: ${item.error}`);
    } else {
      console.log(item);
    }
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، بلوک try...catch خطاهای احتمالی در حین عملیات fetch را مدیریت می‌کند. اگر خطایی رخ دهد، در کنسول ثبت می‌شود و یک شیء خطا `yield` می‌شود. سپس مصرف‌کننده جریان داده می‌تواند ویژگی error را بررسی کرده و خطا را به طور مناسب مدیریت کند.

تکنیک‌های پیشرفته

بازگرداندن مقادیر از توابع مولد ناهمگام

توابع مولد ناهمگام همچنین می‌توانند یک مقدار نهایی را با استفاده از عبارت return بازگردانند. این مقدار زمانی که مولد به پایان می‌رسد، بازگردانده می‌شود.

            async function* generateSequence(start, end) {
  for (let i = start; i <= end; i++) {
    yield i;
  }
  return 'Sequence complete!';
}

(async () => {
  const sequence = generateSequence(1, 5);
  for await (const num of sequence) {
    console.log(num); // Output: 1, 2, 3, 4, 5
  }
  // To access the return value, you need to use the next() method directly
  const result = await sequence.next();
  console.log(result); // Output: { value: 'Sequence complete!', done: true }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

پرتاب خطا به درون توابع مولد ناهمگام

شما همچنین می‌توانید با استفاده از متد throw() شیء مولد، خطاها را به درون یک تابع مولد ناهمگام پرتاب کنید. این به شما امکان می‌دهد تا از بیرون یک خطا را سیگنال دهید و آن را درون مولد مدیریت کنید.

            async function* myGenerator() {
  try {
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
  } catch (error) {
    console.error(`Error caught in generator: ${error}`);
  }
}

(async () => {
  const generator = myGenerator();
  console.log(await generator.next()); // Output: { value: 1, done: false }
  generator.throw(new Error('Something went wrong!')); // Throw an error into the generator
  console.log(await generator.next()); // No output (error is caught)
  console.log(await generator.next()); // Output: { value: undefined, done: true }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

مقایسه با سایر تکنیک‌های ناهمگام

توابع مولد ناهمگام در مقایسه با سایر تکنیک‌ها مانند Promiseها و توابع async/await، رویکرد منحصربه‌فردی برای برنامه‌نویسی ناهمگام ارائه می‌دهند.

Promiseها

Promiseها برای برنامه‌نویسی ناهمگام در جاوا اسکریپت اساسی هستند. آنها نشان‌دهنده تکمیل (یا شکست) نهایی یک عملیات ناهمگام هستند. در حالی که Promiseها قدرتمند هستند، هنگام کار با چندین عملیات ناهمگام که باید به ترتیب خاصی اجرا شوند، می‌توانند پیچیده شوند.

در مقابل، توابع مولد ناهمگام روشی ترتیبی‌تر و خواناتر برای مدیریت جریان‌های کاری ناهمگام پیچیده فراهم می‌کنند.

توابع Async/Await

توابع Async/await یک «پوشش سینتکسی» (syntactic sugar) روی Promiseها هستند که باعث می‌شوند کد ناهمگام کمی بیشتر شبیه کد همگام به نظر برسد و رفتار کند. آنها فرآیند نوشتن و خواندن کد ناهمگام را ساده می‌کنند، اما به طور ذاتی مکانیزمی برای ایجاد جریان‌های ناهمگام فراهم نمی‌کنند.

توابع مولد ناهمگام مزایای توابع async/await را با ماهیت تکرارپذیر توابع مولد ترکیب می‌کنند و به شما امکان می‌دهند تا جریان‌های داده ناهمگام را به طور کارآمد ایجاد و مصرف کنید.

RxJS Observables

RxJS Observables ابزار قدرتمند دیگری برای مدیریت جریان‌های داده ناهمگام هستند. Observables شبیه به تکرارکننده‌های ناهمگام هستند، اما ویژگی‌های پیشرفته‌تری مانند اپراتورهایی برای تبدیل و ترکیب جریان‌های داده ارائه می‌دهند.

توابع مولد ناهمگام یک جایگزین ساده‌تر برای RxJS Observables برای ایجاد جریان‌های ناهمگام پایه هستند. آنها در خود جاوا اسکریپت تعبیه شده‌اند و نیازی به کتابخانه خارجی ندارند.

بهترین شیوه‌ها

• از نام‌های معنادار استفاده کنید: برای بهبود خوانایی کد، نام‌های توصیفی برای توابع مولد ناهمگام خود انتخاب کنید.
• خطاها را مدیریت کنید: برای جلوگیری از رفتار غیرمنتظره، مدیریت خطای قوی پیاده‌سازی کنید.
• محدوده را محدود کنید: برای بهبود قابلیت نگهداری، توابع مولد ناهمگام خود را بر روی یک وظیفه خاص متمرکز نگه دارید.
• به طور کامل تست کنید: برای اطمینان از عملکرد صحیح توابع مولد ناهمگام خود، تست‌های واحد بنویسید.
• عملکرد را در نظر بگیرید: به پیامدهای عملکردی، به ویژه هنگام کار با مجموعه داده‌های بزرگ یا جریان‌های داده بی‌درنگ، توجه داشته باشید.

نتیجه‌گیری

توابع مولد ناهمگام جاوا اسکریپت ابزاری ارزشمند برای ایجاد و مصرف جریان‌های داده ناهمگام هستند. آنها روشی مختصرتر و خواناتر برای مدیریت عملیات ناهمگام پیچیده فراهم می‌کنند و کد شما را قابل نگهداری‌تر و کارآمدتر می‌سازند. با درک سینتکس، موارد استفاده و بهترین شیوه‌های ذکر شده در این راهنما، می‌توانید از قدرت توابع مولد ناهمگام برای ساخت برنامه‌های کاربردی قوی و مقیاس‌پذیر بهره‌مند شوید.

چه در حال استریم داده از یک API باشید، چه در حال مدیریت داده‌های بی‌درنگ یا صف‌های وظایف ناهمگام، توابع مولد ناهمگام می‌توانند به شما در حل مشکلات پیچیده به روشی زیباتر و کارآمدتر کمک کنند.

تکرار ناهمگام را بپذیرید، بر توابع مولد ناهمگام مسلط شوید و امکانات جدیدی را در سفر توسعه جاوا اسکریپت خود باز کنید.

منابع بیشتر

• مستندات وب MDN: async function*
• وبلاگ V8: تکرار ناهمگام
• JavaScript.info: تکرارکننده‌ها و مولدهای ناهمگام