جریان‌های وب: پردازش کارآمد داده‌ها برای برنامه‌های مدرن

در چشم‌انداز همیشه در حال تحول توسعه وب، مدیریت کارآمد داده‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. با تبدیل شدن برنامه‌ها به داده‌های فشرده‌تر، روش‌های سنتی بارگیری و پردازش کل مجموعه‌های داده به یکباره اغلب منجر به تنگناهای عملکرد و تجربه‌های کاربری کند می‌شود. جریان‌های وب یک جایگزین قدرتمند ارائه می‌دهند و توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازند تا داده‌ها را به صورت افزایشی پردازش کنند، پاسخگویی را بهبود بخشند و مصرف حافظه را کاهش دهند.

جریان‌های وب چیست؟

جریان‌های وب یک API جاوا اسکریپت مدرن است که یک رابط برای کار با جریان‌های داده فراهم می‌کند. آنها به شما اجازه می‌دهند تا داده‌ها را در تکه‌ها هنگام در دسترس قرار گرفتن پردازش کنید، به جای اینکه منتظر بمانید تا کل مجموعه داده بارگیری شود. این امر به ویژه برای موارد زیر مفید است:

• مدیریت فایل‌های بزرگ (به عنوان مثال، ویدیو، صدا یا فایل‌های متنی بزرگ).
• پردازش داده‌ها از درخواست‌های شبکه در زمان واقعی.
• ایجاد رابط‌های کاربری پاسخگو که با ورود داده‌ها به‌روزرسانی می‌شوند.
• صرفه‌جویی در حافظه با پردازش داده‌ها در تکه‌های کوچک‌تر.

API جریان‌ها از چندین رابط کلیدی تشکیل شده است:

• ReadableStream: نشان‌دهنده یک منبع داده است که می‌توانید از آن بخوانید.
• WritableStream: نشان‌دهنده یک مقصد برای داده‌ها است که می‌توانید در آن بنویسید.
• TransformStream: نشان‌دهنده یک فرآیند تبدیل است که داده‌ها را از یک ReadableStream می‌خواند، آن را تبدیل می‌کند و نتیجه را در یک WritableStream می‌نویسد.
• ByteLengthQueuingStrategy: یک استراتژی صف‌بندی که اندازه تکه‌ها را بر حسب بایت اندازه‌گیری می‌کند.
• CountQueuingStrategy: یک استراتژی صف‌بندی که تعداد تکه‌ها را شمارش می‌کند.

مزایای استفاده از جریان‌های وب

استفاده از جریان‌های وب در برنامه‌های شما چندین مزیت قابل توجه را ارائه می‌دهد:

عملکرد بهبود یافته

جریان‌های وب با پردازش داده‌ها در تکه‌ها، به شما امکان می‌دهند تا زودتر با داده‌ها کار کنید، حتی قبل از اینکه کل مجموعه داده بارگیری شده باشد. این می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد درک شده برنامه شما را بهبود بخشد و یک تجربه کاربری پاسخگوتر ارائه دهد. به عنوان مثال، پخش یک فایل ویدیویی بزرگ را تصور کنید. با جریان‌های وب، کاربر می‌تواند تقریباً بلافاصله شروع به تماشای ویدیو کند، به جای اینکه منتظر بماند تا کل فایل دانلود شود.

کاهش مصرف حافظه

جریان‌های وب به جای بارگیری کل مجموعه داده در حافظه، داده‌ها را به صورت افزایشی پردازش می‌کنند. این باعث کاهش مصرف حافظه می‌شود و برنامه شما را کارآمدتر می‌کند، به خصوص هنگام کار با فایل‌های بزرگ یا جریان‌های داده مداوم. این برای دستگاه‌هایی با منابع محدود، مانند تلفن‌های همراه یا سیستم‌های تعبیه شده، بسیار مهم است.

پاسخگویی پیشرفته

جریان‌های وب به شما این امکان را می‌دهند که رابط کاربری خود را با در دسترس قرار گرفتن داده‌ها به‌روزرسانی کنید و یک تجربه تعاملی و جذاب‌تر ارائه دهید. به عنوان مثال، می‌توانید یک نوار پیشرفت را نمایش دهید که با دانلود شدن یک فایل در زمان واقعی به‌روزرسانی می‌شود یا نتایج جستجو را هنگام تایپ کاربر نمایش دهید. این امر به ویژه برای برنامه‌هایی که داده‌های زمان واقعی را مدیریت می‌کنند، مانند برنامه‌های چت یا داشبوردهای زنده، مهم است.

مدیریت فشار برگشتی

جریان‌های وب مکانیزم‌های فشار برگشتی داخلی را ارائه می‌دهند که به مصرف‌کننده یک جریان اجازه می‌دهد تا به تولیدکننده سیگنال دهد تا سرعت خود را کاهش دهد اگر نمی‌تواند داده‌ها را به همان سرعتی که تولید می‌شود پردازش کند. این از غرق شدن مصرف‌کننده جلوگیری می‌کند و تضمین می‌کند که داده‌ها به طور کارآمد و قابل اعتماد پردازش می‌شوند. این برای مدیریت داده‌ها از اتصالات شبکه غیرقابل اعتماد یا هنگام پردازش داده‌ها با نرخ‌های مختلف بسیار مهم است.

ترکیب‌پذیری و قابلیت استفاده مجدد

جریان‌های وب به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قابل ترکیب باشند، به این معنی که می‌توانید به راحتی چندین جریان را به هم زنجیر کنید تا خطوط لوله پردازش داده پیچیده ایجاد کنید. این باعث ترویج قابلیت استفاده مجدد کد می‌شود و ساخت و نگهداری برنامه‌های شما را آسان‌تر می‌کند. به عنوان مثال، می‌توانید یک جریان ایجاد کنید که داده‌ها را از یک فایل می‌خواند، آن را به یک فرمت متفاوت تبدیل می‌کند و سپس آن را در یک فایل متفاوت می‌نویسد.

موارد استفاده و مثال‌ها

جریان‌های وب همه‌کاره هستند و می‌توانند در طیف گسترده‌ای از موارد استفاده اعمال شوند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

پخش ویدیو و صدا

جریان‌های وب برای پخش محتوای ویدیو و صدا ایده‌آل هستند. با پردازش داده‌های رسانه‌ای در تکه‌ها، می‌توانید تقریباً بلافاصله شروع به پخش محتوا کنید، حتی قبل از اینکه کل فایل دانلود شده باشد. این یک تجربه تماشای روان و پاسخگو، به ویژه در اتصالات شبکه کندتر، فراهم می‌کند. سرویس‌های پخش ویدیویی محبوب مانند YouTube و Netflix از فناوری‌های مشابه برای ارائه پخش ویدیویی یکپارچه در سطح جهانی استفاده می‌کنند.

مثال: پخش یک ویدیو با استفاده از ReadableStream و یک عنصر <video>:

            
async function streamVideo(url, videoElement) {
  const response = await fetch(url);
  const reader = response.body.getReader();

  while (true) {
    const { done, value } = await reader.read();
    if (done) {
      break;
    }

    // Append the chunk to the video element
    // (Requires a mechanism to handle appending data to the video source)
    appendBuffer(videoElement, value);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

پردازش فایل‌های متنی بزرگ

هنگام کار با فایل‌های متنی بزرگ، مانند فایل‌های گزارش یا فایل‌های CSV، جریان‌های وب می‌توانند به طور قابل توجهی عملکرد را بهبود بخشند. با پردازش فایل خط به خط، می‌توانید از بارگیری کل فایل در حافظه خودداری کنید، مصرف حافظه را کاهش دهید و پاسخگویی را بهبود بخشید. پلتفرم‌های تجزیه و تحلیل داده اغلب از پخش برای پردازش مجموعه‌های داده عظیم در زمان واقعی استفاده می‌کنند.

مثال: خواندن یک فایل متنی بزرگ و شمارش تعداد خطوط:

            
async function countLines(file) {
  const stream = file.stream();
  const decoder = new TextDecoder();
  let reader = stream.getReader();
  let result = await reader.read();
  let lines = 0;
  let partialLine = '';

  while (!result.done) {
    let chunk = decoder.decode(result.value);
    let chunkLines = (partialLine + chunk).split('\n');
    partialLine = chunkLines.pop() || '';
    lines += chunkLines.length;
    result = await reader.read();
  }

  // Account for a last line if it exists
  if (partialLine) {
    lines++;
  }

  return lines;
}

            

              
                Copy
              
            
          

پردازش داده‌های زمان واقعی

جریان‌های وب برای مدیریت داده‌های زمان واقعی، مانند داده‌ها از حسگرها، بازارهای مالی یا فیدهای رسانه‌های اجتماعی، مناسب هستند. با پردازش داده‌ها با ورود آنها، می‌توانید برنامه‌های پاسخگویی ایجاد کنید که اطلاعات به‌روز را در اختیار کاربر قرار می‌دهند. پلتفرم‌های معاملات مالی به شدت به جریان‌ها برای نمایش داده‌های زنده بازار متکی هستند.

مثال: پردازش داده‌ها از یک جریان WebSocket:

            
async function processWebSocketStream(url) {
  const socket = new WebSocket(url);

  socket.onmessage = async (event) => {
    const stream = new ReadableStream({
      start(controller) {
        controller.enqueue(new TextEncoder().encode(event.data));
        controller.close(); // Close stream after processing one event
      }
    });

    const reader = stream.getReader();
    let result = await reader.read();
    while (!result.done) {
      const decodedText = new TextDecoder().decode(result.value);
      console.log('Received data:', decodedText);
      result = await reader.read(); // Should only run once since the stream closes
    }
  };
}

            

              
                Copy
              
            
          

پردازش تصویر

جریان‌های وب می‌توانند پردازش تصویر کارآمدتری را تسهیل کنند. با پخش داده‌های تصویر، می‌توانید تبدیل‌ها و دستکاری‌ها را بدون بارگیری کل تصویر در حافظه انجام دهید. این امر به ویژه برای تصاویر بزرگ یا هنگام اعمال فیلترهای پیچیده مفید است. ویرایشگرهای تصویر آنلاین اغلب از پردازش مبتنی بر جریان برای عملکرد بهتر استفاده می‌کنند.

پیاده‌سازی جریان‌های وب: یک راهنمای عملی

بیایید یک مثال ساده از استفاده از جریان‌های وب برای خواندن یک فایل متنی و پردازش محتویات آن را بررسی کنیم.

1. ایجاد یک ReadableStream از یک فایل:

            
async function processFile(file) {
  const stream = file.stream();
  const reader = stream.getReader();
  const decoder = new TextDecoder();
  let result = await reader.read();

  while (!result.done) {
    const chunk = decoder.decode(result.value);
    console.log('Processing chunk:', chunk);
    result = await reader.read();
  }

  console.log('File processing complete.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. ایجاد یک WritableStream برای خروجی داده‌ها:

            
const writableStream = new WritableStream({
  write(chunk) {
    console.log('Writing chunk:', chunk);
    // Perform writing operations here (e.g., write to a file, send to a server)
  },
  close() {
    console.log('WritableStream closed.');
  },
  abort(reason) {
    console.error('WritableStream aborted:', reason);
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

3. ایجاد یک TransformStream برای پردازش داده‌ها:

            
const transformStream = new TransformStream({
  transform(chunk, controller) {
    const transformedChunk = chunk.toUpperCase();
    controller.enqueue(transformedChunk);
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

4. لوله کردن جریان‌ها به هم:

            
// Example: Reading from a file, transforming to uppercase, and writing to the console
async function processFileAndOutput(file) {
  const stream = file.stream();
  const decoder = new TextDecoder();
  const reader = stream.getReader();

  let result = await reader.read();

  while (!result.done) {
    const chunk = decoder.decode(result.value);
    const transformedChunk = chunk.toUpperCase();
    console.log('Transformed chunk:', transformedChunk);

    result = await reader.read();
  }

  console.log('File processing complete.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

توجه: روش `pipeTo` فرآیند اتصال یک ReadableStream به یک WritableStream را ساده می‌کند:

            
//Simplified example using pipeTo
async function processFileAndOutputPiped(file) {
  const stream = file.stream();

  const transformStream = new TransformStream({
    transform(chunk, controller) {
      const transformedChunk = new TextEncoder().encode(chunk.toUpperCase());
      controller.enqueue(transformedChunk);
    }
  });

  const writableStream = new WritableStream({
    write(chunk) {
      console.log('Writing chunk:', new TextDecoder().decode(chunk));
    }
  });

  await stream
    .pipeThrough(new TextDecoderStream())
    .pipeThrough(transformStream)
    .pipeTo(writableStream);
}

            

              
                Copy
              
            
          

بهترین شیوه‌ها برای کار با جریان‌های وب

برای به حداکثر رساندن مزایای جریان‌های وب، بهترین شیوه‌های زیر را در نظر بگیرید:

• انتخاب استراتژی صف‌بندی مناسب: استراتژی صف‌بندی مناسب (ByteLengthQueuingStrategy یا CountQueuingStrategy) را بر اساس ماهیت داده‌های خود و الزامات برنامه خود انتخاب کنید.
• مدیریت خطاها با ظرافت: برای مدیریت ظریف خطاها یا استثنائات غیرمنتظره در طول پردازش جریان، مدیریت خطای قوی را پیاده‌سازی کنید.
• مدیریت فشار برگشتی به طور موثر: از مکانیزم‌های فشار برگشتی داخلی برای جلوگیری از غرق شدن مصرف‌کننده و اطمینان از پردازش کارآمد داده‌ها استفاده کنید.
• بهینه‌سازی اندازه تکه: برای یافتن تعادل بهینه بین عملکرد و مصرف حافظه، اندازه‌های مختلف تکه را آزمایش کنید. تکه‌های کوچک‌تر می‌توانند منجر به سربار پردازش مکررتر شوند، در حالی که تکه‌های بزرگ‌تر ممکن است مصرف حافظه را افزایش دهند.
• استفاده از TransformStreams برای تبدیل داده‌ها: از TransformStreams برای انجام تبدیل داده‌ها به روشی مدولار و قابل استفاده مجدد استفاده کنید.
• در نظر گرفتن Polyfills: در حالی که جریان‌های وب به طور گسترده در مرورگرهای مدرن پشتیبانی می‌شوند، برای اطمینان از سازگاری، استفاده از polyfills را برای مرورگرهای قدیمی‌تر در نظر بگیرید.

سازگاری مرورگر

جریان‌های وب توسط همه مرورگرهای مدرن، از جمله Chrome، Firefox، Safari و Edge پشتیبانی می‌شوند. با این حال، مرورگرهای قدیمی‌تر ممکن است برای ارائه سازگاری به polyfills نیاز داشته باشند. می‌توانید سازگاری مرورگر را با استفاده از منابعی مانند "Can I use" بررسی کنید.

نتیجه‌گیری

جریان‌های وب یک روش قدرتمند و کارآمد برای مدیریت داده‌ها در برنامه‌های وب مدرن ارائه می‌دهند. با پردازش داده‌ها به صورت افزایشی، می‌توانید عملکرد را بهبود بخشید، مصرف حافظه را کاهش دهید و تجربه‌های کاربری پاسخگوتر ایجاد کنید. چه در حال پخش ویدیو باشید، چه در حال پردازش فایل‌های متنی بزرگ یا مدیریت داده‌های زمان واقعی، جریان‌های وب ابزارهایی را در اختیار شما قرار می‌دهند که برای ساخت برنامه‌های کاربردی با کارایی بالا و مقیاس‌پذیر نیاز دارید.

از آنجایی که برنامه‌های وب به تکامل خود ادامه می‌دهند و خواستار پردازش داده‌های کارآمدتری هستند، تسلط بر جریان‌های وب برای توسعه‌دهندگان وب در سراسر جهان اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند. با پذیرش این فناوری، می‌توانید برنامه‌هایی بسازید که سریع‌تر، پاسخگوتر و لذت‌بخش‌تر برای استفاده هستند.

یادگیری بیشتر

• MDN Web Docs: Streams API
• Web.dev: Streams
• Jake Archibald: Streams in the Real World