تسلط بر ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان جاوا اسکریپت: ابزارهای استریم برای توسعه مدرن

ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان (async generator helpers) جاوا اسکریپت که در ES2023 معرفی شدند، ابزارهای قدرتمند و شهودی برای کار با استریم‌های ناهمزمان داده فراهم می‌کنند. این ابزارها وظایف رایج پردازش داده را ساده‌تر کرده و کد شما را خواناتر، قابل نگهداری‌تر و کارآمدتر می‌سازند. این راهنمای جامع به بررسی این ابزارهای کمکی می‌پردازد و مثال‌های عملی و بینش‌هایی را برای توسعه‌دهندگان در تمام سطوح ارائه می‌دهد.

مولدهای ناهمزمان (Async Generators) و تکرارگرهای ناهمزمان (Async Iterators) چه هستند؟

قبل از پرداختن به ابزارهای کمکی، بیایید به طور خلاصه مولدهای ناهمزمان و تکرارگرهای ناهمزمان را مرور کنیم. یک مولد ناهمزمان تابعی است که می‌تواند اجرای خود را متوقف کرده و مقادیر ناهمزمان را تولید (yield) کند. این تابع یک تکرارگر ناهمزمان را برمی‌گرداند که راهی برای پیمایش ناهمزمان بر روی آن مقادیر فراهم می‌کند.

در اینجا یک مثال ساده آورده شده است:

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i < max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simulate async operation
    yield i;
  }
}

async function main() {
  const numberStream = generateNumbers(5);

  for await (const number of numberStream) {
    console.log(number); // Output: 0, 1, 2, 3, 4 (with delays)
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، `generateNumbers` یک تابع مولد ناهمزمان است. این تابع اعداد از 0 تا `max` (به استثنای خود `max`) را با تأخیر 500 میلی‌ثانیه بین هر تولید، yield می‌کند. حلقه `for await...of` بر روی تکرارگر ناهمزمانی که توسط `generateNumbers` برگردانده شده، پیمایش می‌کند.

معرفی ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان

ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان، عملکرد تکرارگرهای ناهمزمان را گسترش می‌دهند و متدهایی برای تبدیل، فیلتر کردن و کنترل جریان داده در استریم‌های ناهمزمان ارائه می‌کنند. این ابزارهای کمکی طوری طراحی شده‌اند که قابل ترکیب باشند و به شما امکان می‌دهند عملیات را برای ساخت پایپ‌لاین‌های پردازش داده پیچیده به هم زنجیر کنید.

ابزارهای کمکی کلیدی مولد ناهمزمان عبارتند از:

• `AsyncIterator.prototype.filter(predicate)`: یک تکرارگر ناهمزمان جدید ایجاد می‌کند که فقط مقادیری را تولید می‌کند که تابع `predicate` برای آنها مقدار truthy برگرداند.
• `AsyncIterator.prototype.map(transform)`: یک تکرارگر ناهمزمان جدید ایجاد می‌کند که نتایج فراخوانی تابع `transform` بر روی هر مقدار را تولید می‌کند.
• `AsyncIterator.prototype.take(limit)`: یک تکرارگر ناهمزمان جدید ایجاد می‌کند که فقط `limit` مقدار اول را تولید می‌کند.
• `AsyncIterator.prototype.drop(amount)`: یک تکرارگر ناهمزمان جدید ایجاد می‌کند که از `amount` مقدار اول صرف‌نظر می‌کند.
• `AsyncIterator.prototype.forEach(callback)`: یک تابع ارائه‌شده را یک بار برای هر مقدار از تکرارگر ناهمزمان اجرا می‌کند. این یک عملیات پایانی است (تکرارگر را مصرف می‌کند).
• `AsyncIterator.prototype.toArray()`: تمام مقادیر از تکرارگر ناهمزمان را در یک آرایه جمع‌آوری می‌کند. این یک عملیات پایانی است.
• `AsyncIterator.prototype.reduce(reducer, initialValue)`: یک تابع را در برابر یک انباشتگر (accumulator) و هر مقدار از تکرارگر ناهمزمان اعمال می‌کند تا آن را به یک مقدار واحد کاهش دهد. این یک عملیات پایانی است.
• `AsyncIterator.from(iterable)`: یک تکرارگر ناهمزمان از یک iterable همزمان یا یک async iterable دیگر ایجاد می‌کند.

مثال‌های عملی

بیایید این ابزارهای کمکی را با مثال‌های عملی بررسی کنیم.

فیلتر کردن داده‌ها با `filter()`

فرض کنید یک مولد ناهمزمان دارید که جریانی از داده‌های سنسور را تولید می‌کند و می‌خواهید داده‌هایی را که از یک آستانه مشخص کمتر هستند، فیلتر کنید.

            
async function* getSensorReadings() {
  // Simulate fetching sensor data from a remote source
  yield 20;
  yield 15;
  yield 25;
  yield 10;
  yield 30;
}

async function main() {
  const readings = getSensorReadings();
  const filteredReadings = readings.filter(reading => reading >= 20);

  for await (const reading of filteredReadings) {
    console.log(reading); // Output: 20, 25, 30
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ابزار کمکی `filter()` یک تکرارگر ناهمزمان جدید ایجاد می‌کند که فقط داده‌های بزرگتر یا مساوی 20 را تولید می‌کند.

تبدیل داده‌ها با `map()`

فرض کنید یک مولد ناهمزمان دارید که مقادیر دما را بر حسب سانتی‌گراد تولید می‌کند و می‌خواهید آنها را به فارنهایت تبدیل کنید.

            
async function* getCelsiusTemperatures() {
  yield 0;
  yield 10;
  yield 20;
  yield 30;
}

async function main() {
  const celsiusTemperatures = getCelsiusTemperatures();
  const fahrenheitTemperatures = celsiusTemperatures.map(celsius => (celsius * 9/5) + 32);

  for await (const fahrenheit of fahrenheitTemperatures) {
    console.log(fahrenheit); // Output: 32, 50, 68, 86
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ابزار کمکی `map()` تابع تبدیل سانتی‌گراد به فارنهایت را بر روی هر مقدار دما اعمال می‌کند.

محدود کردن داده‌ها با `take()`

اگر فقط به تعداد مشخصی از مقادیر از یک مولد ناهمزمان نیاز دارید، می‌توانید از ابزار کمکی `take()` استفاده کنید.

            
async function* getLogEntries() {
  // Simulate reading log entries from a file
  yield 'Log entry 1';
  yield 'Log entry 2';
  yield 'Log entry 3';
  yield 'Log entry 4';
  yield 'Log entry 5';
}

async function main() {
  const logEntries = getLogEntries();
  const firstThreeEntries = logEntries.take(3);

  for await (const entry of firstThreeEntries) {
    console.log(entry); // Output: Log entry 1, Log entry 2, Log entry 3
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ابزار کمکی `take(3)` خروجی را به سه رکورد لاگ اول محدود می‌کند.

نادیده گرفتن داده‌ها با `drop()`

ابزار کمکی `drop()` به شما امکان می‌دهد تعداد مشخصی از مقادیر را از ابتدای یک تکرارگر ناهمزمان نادیده بگیرید.

            
async function* getItems() {
  yield 'Item 1';
  yield 'Item 2';
  yield 'Item 3';
  yield 'Item 4';
  yield 'Item 5';
}

async function main() {
  const items = getItems();
  const remainingItems = items.drop(2);

  for await (const item of remainingItems) {
    console.log(item); // Output: Item 3, Item 4, Item 5
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ابزار کمکی `drop(2)` دو آیتم اول را نادیده می‌گیرد.

انجام عملیات جانبی با `forEach()`

ابزار کمکی `forEach()` به شما امکان می‌دهد یک تابع callback را برای هر عنصر در تکرارگر ناهمزمان اجرا کنید. مهم است به یاد داشته باشید که این یک عملیات پایانی است؛ پس از فراخوانی `forEach`، تکرارگر مصرف می‌شود.

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

async function main() {
  const dataPoints = getDataPoints();

  await dataPoints.forEach(dataPoint => {
    console.log(`Processing data point: ${dataPoint}`);
  });

  // The iterator is now consumed.
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

جمع‌آوری مقادیر در یک آرایه با `toArray()`

ابزار کمکی `toArray()` تمام مقادیر را از تکرارگر ناهمزمان در یک آرایه جمع‌آوری می‌کند. این نیز یک عملیات پایانی است.

            
async function* getFruits() {
  yield 'apple';
  yield 'banana';
  yield 'orange';
}

async function main() {
  const fruits = getFruits();
  const fruitArray = await fruits.toArray();

  console.log(fruitArray); // Output: ['apple', 'banana', 'orange']
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

کاهش مقادیر به یک نتیجه واحد با `reduce()`

ابزار کمکی `reduce()` یک تابع را در برابر یک انباشتگر و هر مقدار از تکرارگر ناهمزمان اعمال می‌کند تا آن را به یک مقدار واحد کاهش دهد. این یک عملیات پایانی است.

            
async function* getNumbers() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
}

async function main() {
  const numbers = getNumbers();
  const sum = await numbers.reduce((accumulator, currentValue) => accumulator + currentValue, 0);

  console.log(sum); // Output: 10
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ایجاد تکرارگرهای ناهمزمان از Iterables موجود با `from()`

ابزار کمکی `from()` به شما امکان می‌دهد به راحتی یک تکرارگر ناهمزمان از یک iterable همزمان (مانند آرایه) یا یک async iterable دیگر ایجاد کنید.

            
async function main() {
  const syncArray = [1, 2, 3];
  const asyncIteratorFromArray = AsyncIterator.from(syncArray);

  for await (const number of asyncIteratorFromArray) {
    console.log(number); // Output: 1, 2, 3
  }

  async function* asyncGenerator() {
    yield 4;
    yield 5;
    yield 6;
  }

  const asyncIteratorFromGenerator = AsyncIterator.from(asyncGenerator());

  for await (const number of asyncIteratorFromGenerator) {
    console.log(number); // Output: 4, 5, 6
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

ترکیب کردن ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان

قدرت واقعی ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان در قابلیت ترکیب‌پذیری آنها نهفته است. شما می‌توانید چندین ابزار کمکی را به هم زنجیر کنید تا پایپ‌لاین‌های پردازش داده پیچیده ایجاد کنید.

به عنوان مثال، فرض کنید می‌خواهید داده‌های کاربر را از یک API دریافت کنید، کاربران غیرفعال را فیلتر کرده و سپس آدرس‌های ایمیل آنها را استخراج کنید.

            
async function* fetchUsers() {
  // Simulate fetching user data from an API
  yield { id: 1, name: 'Alice', email: 'alice@example.com', active: true };
  yield { id: 2, name: 'Bob', email: 'bob@example.com', active: false };
  yield { id: 3, name: 'Charlie', email: 'charlie@example.com', active: true };
  yield { id: 4, name: 'David', email: 'david@example.com', active: false };
}

async function main() {
  const users = fetchUsers();

  const activeUserEmails = users
    .filter(user => user.active)
    .map(user => user.email);

  for await (const email of activeUserEmails) {
    console.log(email); // Output: alice@example.com, charlie@example.com
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

این مثال `filter()` و `map()` را برای پردازش کارآمد جریان داده‌های کاربر به هم زنجیر می‌کند.

مدیریت خطا

هنگام کار با ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان، مدیریت صحیح خطاها بسیار مهم است. می‌توانید از بلوک‌های `try...catch` برای گرفتن استثناهایی که در داخل مولد یا توابع کمکی پرتاب می‌شوند، استفاده کنید.

            
async function* generateData() {
  yield 1;
  yield 2;
  throw new Error('Something went wrong!');
  yield 3;
}

async function main() {
  const dataStream = generateData();

  try {
    for await (const data of dataStream) {
      console.log(data);
    }
  } catch (error) {
    console.error(`Error: ${error.message}`);
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

موارد استفاده و کاربرد جهانی

ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان در طیف گسترده‌ای از سناریوها، به ویژه هنگام کار با مجموعه داده‌های بزرگ یا منابع داده ناهمزمان، قابل استفاده هستند. در اینجا چند مثال آورده شده است:

• پردازش داده‌های بلادرنگ: پردازش داده‌های جریانی از دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) یا بازارهای مالی. به عنوان مثال، سیستمی که کیفیت هوای شهرهای سراسر جهان را نظارت می‌کند، می‌تواند از ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان برای فیلتر کردن داده‌های اشتباه و محاسبه میانگین‌های متحرک استفاده کند.
• پایپ‌لاین‌های ورود داده (Data ingestion): تبدیل و اعتبارسنجی داده‌ها هنگام ورود از منابع مختلف به یک پایگاه داده. تصور کنید یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی از این ابزارها برای پاک‌سازی و استانداردسازی توضیحات محصول از فروشندگان مختلف استفاده می‌کند.
• پردازش فایل‌های بزرگ: خواندن و پردازش فایل‌های بزرگ به صورت تکه‌تکه بدون بارگذاری کل فایل در حافظه. پروژه‌ای که داده‌های اقلیمی جهانی ذخیره شده در فایل‌های CSV عظیم را تحلیل می‌کند، می‌تواند از این قابلیت بهره‌مند شود.
• صفحه‌بندی API: مدیریت کارآمد پاسخ‌های API صفحه‌بندی شده. یک ابزار تحلیل رسانه‌های اجتماعی که داده‌ها را از چندین پلتفرم با طرح‌های صفحه‌بندی متفاوت دریافت می‌کند، می‌تواند از ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان برای ساده‌سازی فرآیند استفاده کند.
• رویدادهای ارسالی از سرور (SSE) و وب‌سوکت‌ها: مدیریت جریان‌های داده بلادرنگ از سرورها. یک سرویس ترجمه زنده که متنی را از یک گوینده به یک زبان دریافت کرده و متن ترجمه شده را به صورت جریانی برای کاربران در سراسر جهان ارسال می‌کند، می‌تواند از این ابزارها استفاده کند.

بهترین شیوه‌ها

• جریان داده را درک کنید: نحوه جریان داده‌ها در پایپ‌لاین‌های مولد ناهمزمان خود را تجسم کنید تا عملکرد را بهینه سازید.
• خطاها را به درستی مدیریت کنید: مدیریت خطای قوی پیاده‌سازی کنید تا از خرابی‌های غیرمنتظره برنامه جلوگیری شود.
• از ابزارهای کمکی مناسب استفاده کنید: مناسب‌ترین ابزارهای کمکی را برای نیازهای خاص پردازش داده خود انتخاب کنید. از زنجیره‌های بیش از حد پیچیده ابزارها در جایی که راه‌حل‌های ساده‌تری وجود دارد، خودداری کنید.
• به طور کامل تست کنید: تست‌های واحد بنویسید تا اطمینان حاصل کنید که پایپ‌لاین‌های مولد ناهمزمان شما به درستی کار می‌کنند. به موارد مرزی (edge cases) و شرایط خطا توجه ویژه داشته باشید.
• عملکرد را در نظر بگیرید: در حالی که ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان خوانایی بهتری را ارائه می‌دهند، هنگام کار با مجموعه داده‌های بسیار بزرگ به پیامدهای عملکردی بالقوه توجه داشته باشید. در صورت نیاز کد خود را اندازه‌گیری و بهینه کنید.

جایگزین‌ها

در حالی که ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان راهی راحت برای کار با استریم‌های ناهمزمان فراهم می‌کنند، کتابخانه‌ها و رویکردهای جایگزین نیز وجود دارند:

• RxJS (Reactive Extensions for JavaScript): یک کتابخانه قدرتمند برای برنامه‌نویسی واکنشی (reactive programming) که مجموعه‌ای غنی از اپراتورها را برای تبدیل و ترکیب استریم‌های داده ناهمزمان فراهم می‌کند. RxJS پیچیده‌تر از ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان است اما انعطاف‌پذیری و کنترل بیشتری را ارائه می‌دهد.
• Highland.js: یک کتابخانه دیگر برای پردازش استریم در جاوا اسکریپت که رویکردی تابعی‌تر (functional) برای کار با داده‌های ناهمزمان فراهم می‌کند.
• حلقه‌های سنتی `for await...of`: شما می‌توانید با استفاده از حلقه‌های سنتی `for await...of` و منطق پردازش داده دستی به نتایج مشابهی دست یابید. با این حال، این رویکرد می‌تواند منجر به کدی طولانی‌تر و با قابلیت نگهداری کمتر شود.

نتیجه‌گیری

ابزارهای کمکی مولد ناهمزمان جاوا اسکریپت راهی قدرتمند و زیبا برای کار با استریم‌های ناهمزمان داده ارائه می‌دهند. با درک این ابزارها و قابلیت ترکیب‌پذیری آنها، می‌توانید کدی خواناتر، قابل نگهداری‌تر و کارآمدتر برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها بنویسید. پذیرش این ابزارهای استریم مدرن شما را قادر می‌سازد تا با اطمینان با چالش‌های پیچیده پردازش داده مقابله کرده و مهارت‌های توسعه جاوا اسکریپت خود را در دنیای پویای و متصل جهانی امروز ارتقا دهید.