JavaScriptin asynkronisten iteraattoriavustajien koostaminen: Asynkronisten virtojen ketjuttaminen

Asynkroninen ohjelmointi on modernin JavaScript-kehityksen kulmakivi, erityisesti käsiteltäessä I/O-operaatioita, verkkopyyntöjä ja reaaliaikaisia datavirtoja. Asynkroniset iteraattorit ja iteroitavat, jotka esiteltiin ECMAScript 2018:ssa, tarjoavat tehokkaan mekanismin asynkronisten datasekvenssien käsittelyyn. Tämä artikkeli syventyy asynkronisten iteraattoriavustajien koostamisen konseptiin ja näyttää, kuinka operaatioita voidaan ketjuttaa asynkronisissa virroissa puhtaamman, tehokkaamman ja erittäin ylläpidettävän koodin aikaansaamiseksi.

Asynkronisten iteraattorien ja iteroitavien ymmärtäminen

Ennen kuin syvennymme koostamiseen, selvitetään perusteet:

• Asynkroninen iteroitava (Async Iterable): Olio, joka sisältää Symbol.asyncIterator-metodin, joka palauttaa asynkronisen iteraattorin. Se edustaa datasekvenssiä, jota voidaan iteroida asynkronisesti.
• Asynkroninen iteraattori (Async Iterator): Olio, joka määrittelee next()-metodin, joka palauttaa promisen, joka ratkeaa olioksi, jolla on kaksi ominaisuutta: value (sekvenssin seuraava alkio) ja done (boolean-arvo, joka kertoo, onko sekvenssi päättynyt).

Yksinkertaisesti sanottuna asynkroninen iteroitava on asynkronisen datan lähde, ja asynkroninen iteraattori on mekanismi tuon datan käyttämiseksi pala kerrallaan. Ajatellaanpa todellisen maailman esimerkkiä: datan noutaminen sivutetusta API-rajapinnasta. Jokainen sivu edustaa asynkronisesti saatavilla olevaa dataerää.

Tässä on yksinkertainen esimerkki asynkronisesta iteroitavasta, joka generoi numerosarjan:

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i <= max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50)); // Simuloi asynkronista viivettä
    yield i;
  }
}

const numberStream = generateNumbers(5);

(async () => {
  for await (const number of numberStream) {
    console.log(number); // Tuloste: 0, 1, 2, 3, 4, 5 (viiveillä)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä generateNumbers on asynkroninen generaattorifunktio, joka luo asynkronisen iteroitavan. for await...of -silmukka kuluttaa dataa virrasta asynkronisesti.

Tarve asynkronisten iteraattoriavustajien koostamiselle

Usein asynkroniseen virtaan on tarpeen suorittaa useita operaatioita, kuten suodatus, muunto (mapping) ja redusointi. Perinteisesti tämän voisi toteuttaa sisäkkäisillä silmukoilla tai monimutkaisilla asynkronisilla funktioilla. Tämä voi kuitenkin johtaa monisanaiseen, vaikealukuiseen ja vaikeasti ylläpidettävään koodiin.

Asynkronisten iteraattoriavustajien koostaminen tarjoaa elegantimman ja funktionaalisemman lähestymistavan. Se mahdollistaa operaatioiden ketjuttamisen, luoden putken, joka käsittelee dataa peräkkäisellä ja deklaratiivisella tavalla. Tämä edistää koodin uudelleenkäyttöä, parantaa luettavuutta ja yksinkertaistaa testaamista.

Kuvitellaan käyttäjäprofiilivirran noutamista API:sta, aktiivisten käyttäjien suodattamista ja lopuksi heidän sähköpostiosoitteidensa poimimista. Ilman avustajien koostamista tästä voisi tulla sisäkkäinen, takaisinkutsujen täyttämä sotku.

Asynkronisten iteraattoriavustajien rakentaminen

Asynkroninen iteraattoriavustaja on funktio, joka ottaa syötteenä asynkronisen iteroitavan ja palauttaa uuden asynkronisen iteroitavan, joka soveltaa tiettyä muunnosta tai operaatiota alkuperäiseen virtaan. Nämä avustajat on suunniteltu koostettaviksi, mikä mahdollistaa niiden ketjuttamisen monimutkaisten datankäsittelyputkien luomiseksi.

Määritellään joitakin yleisiä avustajafunktioita:

1. map-avustaja

map-avustaja soveltaa muunnosfunktion jokaiseen asynkronisen virran alkioon ja tuottaa (yield) muunnetun arvon.

            
async function* map(iterable, transform) {
  for await (const item of iterable) {
    yield await transform(item);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Esimerkki: Muunna numerovirta niiden neliöiksi.

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i <= max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield i;
  }
}

const numberStream = generateNumbers(5);
const squareStream = map(numberStream, async (number) => number * number);

(async () => {
  for await (const square of squareStream) {
    console.log(square); // Tuloste: 0, 1, 4, 9, 16, 25 (viiveillä)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

2. filter-avustaja

filter-avustaja suodattaa alkioita asynkronisesta virrasta predikaattifunktion perusteella.

            
async function* filter(iterable, predicate) {
  for await (const item of iterable) {
    if (await predicate(item)) {
      yield item;
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Esimerkki: Suodata parilliset luvut virrasta.

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i <= max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield i;
  }
}

const numberStream = generateNumbers(5);
const evenNumberStream = filter(numberStream, async (number) => number % 2 === 0);

(async () => {
  for await (const evenNumber of evenNumberStream) {
    console.log(evenNumber); // Tuloste: 0, 2, 4 (viiveillä)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

3. take-avustaja

take-avustaja ottaa määritellyn määrän alkioita asynkronisen virran alusta.

            
async function* take(iterable, count) {
  let i = 0;
  for await (const item of iterable) {
    if (i >= count) {
      return;
    }
    yield item;
    i++;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Esimerkki: Ota kolme ensimmäistä numeroa virrasta.

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i <= max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield i;
  }
}

const numberStream = generateNumbers(5);
const firstThreeNumbers = take(numberStream, 3);

(async () => {
  for await (const number of firstThreeNumbers) {
    console.log(number); // Tuloste: 0, 1, 2 (viiveillä)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

4. toArray-avustaja

toArray-avustaja kuluttaa koko asynkronisen virran ja palauttaa taulukon, joka sisältää kaikki alkiot.

            
async function toArray(iterable) {
  const result = [];
  for await (const item of iterable) {
    result.push(item);
  }
  return result;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Esimerkki: Muunna numerovirta taulukoksi.

            
async function* generateNumbers(max) {
  for (let i = 0; i <= max; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
    yield i;
  }
}

const numberStream = generateNumbers(5);

(async () => {
  const numbersArray = await toArray(numberStream);
  console.log(numbersArray); // Tuloste: [0, 1, 2, 3, 4, 5]
})();

            

              
                Copy
              
            
          

5. flatMap-avustaja

flatMap-avustaja soveltaa funktion jokaiseen alkioon ja litistää sitten tuloksen yhdeksi asynkroniseksi virraksi.

            
async function* flatMap(iterable, transform) {
  for await (const item of iterable) {
    const transformedIterable = await transform(item);
    for await (const transformedItem of transformedIterable) {
      yield transformedItem;
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Esimerkki: Muunna merkkijonovirta merkkivirraksi.

            
async function* generateStrings() {
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  yield "hello";
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
  yield "world";
}

const stringStream = generateStrings();
const charStream = flatMap(stringStream, async (str) => {
  async function* stringToCharStream() {
    for (let i = 0; i < str.length; i++) {
      yield str[i];
    }
  }
  return stringToCharStream();
});

(async () => {
  for await (const char of charStream) {
    console.log(char); // Tuloste: h, e, l, l, o, w, o, r, l, d (viiveillä)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Asynkronisten iteraattoriavustajien koostaminen

Asynkronisten iteraattoriavustajien todellinen voima piilee niiden koostettavuudessa. Voit ketjuttaa niitä yhteen luodaksesi monimutkaisia datankäsittelyputkia. Havainnollistetaan tätä kattavalla esimerkillä:

Skenaario: Nouda käyttäjädataa sivutetusta API:sta, suodata aktiiviset käyttäjät, poimi heidän sähköpostiosoitteensa ja ota talteen viisi ensimmäistä sähköpostiosoitetta.

            
async function* fetchUsers(apiUrl) {
  let page = 1;
  while (true) {
    const response = await fetch(`${apiUrl}?page=${page}`);
    const data = await response.json();
    if (data.length === 0) {
      return; // Ei enempää dataa
    }
    for (const user of data) {
      yield user;
    }
    page++;
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200)); // Simuloi API-viivettä
  }
}

// Esimerkki-API:n URL (korvaa todellisella API-päätepisteellä)
const apiUrl = "https://example.com/api/users";

const userStream = fetchUsers(apiUrl);

const activeUserEmailStream = take(
  map(
    filter(
      userStream,
      async (user) => user.isActive
    ),
    async (user) => user.email
  ),
  5
);

(async () => {
  const activeUserEmails = await toArray(activeUserEmailStream);
  console.log(activeUserEmails); // Tuloste: Taulukko viidestä ensimmäisestä aktiivisen käyttäjän sähköpostista
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä ketjutamme filter-, map- ja take-avustajat käyttäjädatavirran käsittelemiseksi. filter-avustaja valitsee vain aktiiviset käyttäjät, map-avustaja poimii heidän sähköpostiosoitteensa ja take-avustaja rajoittaa tuloksen viiteen ensimmäiseen sähköpostiin. Huomaa sisäkkäisyys; tämä on yleistä, mutta sitä voidaan parantaa apufunktiolla, kuten alla nähdään.

Luettavuuden parantaminen putki-apuohjelmalla

Vaikka yllä oleva esimerkki havainnollistaa koostamista, sisäkkäisyys voi muuttua kömpelöksi monimutkaisemmissa putkissa. Luettavuuden parantamiseksi voimme luoda pipeline-apuohjelmafunktion:

            
async function pipeline(iterable, ...operations) {
  let result = iterable;
  for (const operation of operations) {
    result = operation(result);
  }
  return result;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nyt voimme kirjoittaa edellisen esimerkin uudelleen käyttämällä pipeline-funktiota:

            
async function* fetchUsers(apiUrl) {
  let page = 1;
  while (true) {
    const response = await fetch(`${apiUrl}?page=${page}`);
    const data = await response.json();
    if (data.length === 0) {
      return; // Ei enempää dataa
    }
    for (const user of data) {
      yield user;
    }
    page++;
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200)); // Simuloi API-viivettä
  }
}

// Esimerkki-API:n URL (korvaa todellisella API-päätepisteellä)
const apiUrl = "https://example.com/api/users";

const userStream = fetchUsers(apiUrl);

const activeUserEmailStream = pipeline(
  userStream,
  (stream) => filter(stream, async (user) => user.isActive),
  (stream) => map(stream, async (user) => user.email),
  (stream) => take(stream, 5)
);

(async () => {
  const activeUserEmails = await toArray(activeUserEmailStream);
  console.log(activeUserEmails); // Tuloste: Taulukko viidestä ensimmäisestä aktiivisen käyttäjän sähköpostista
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Tämä versio on paljon helpompi lukea ja ymmärtää. pipeline-funktio soveltaa operaatiot peräkkäisessä järjestyksessä, mikä tekee datavirrasta selkeämmän.

Virheidenkäsittely

Asynkronisten operaatioiden kanssa työskennellessä virheidenkäsittely on ratkaisevan tärkeää. Voit sisällyttää virheidenkäsittelyn avustajafunktioihisi käärimällä yield-lausekkeet try...catch-lohkoihin.

            
async function* map(iterable, transform) {
  for await (const item of iterable) {
    try {
      yield await transform(item);
    } catch (error) {
      console.error("Virhe map-avustajassa:", error);
      // Voit valita heittää virheen uudelleen, ohittaa alkion tai tuottaa oletusarvon.
      // Esimerkiksi alkion ohittaminen:
      // continue;
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Muista käsitellä virheet asianmukaisesti sovelluksesi vaatimusten mukaisesti. Saatat haluta kirjata virheen, ohittaa ongelmallisen alkion tai päättää putken suorituksen.

Asynkronisten iteraattoriavustajien koostamisen hyödyt

• Parempi luettavuus: Koodista tulee deklaratiivisempaa ja helpommin ymmärrettävää.
• Lisääntynyt uudelleenkäytettävyys: Avustajafunktioita voidaan käyttää uudelleen sovelluksen eri osissa.
• Yksinkertaistettu testaus: Avustajafunktioita on helpompi testata erikseen.
• Parannettu ylläpidettävyys: Muutokset yhteen avustajafunktioon eivät vaikuta putken muihin osiin (kunhan syöte/tuotos-sopimukset säilyvät).
• Parempi virheidenkäsittely: Virheidenkäsittely voidaan keskittää avustajafunktioiden sisään.

Sovelluskohteet todellisessa maailmassa

Asynkronisten iteraattoriavustajien koostaminen on arvokasta monissa eri skenaarioissa, kuten:

• Datavirtojen käsittely: Reaaliaikaisen datan käsittely lähteistä, kuten sensoriverkoista, taloussyötteistä tai sosiaalisen median virroista.
• API-integraatio: Datan noutaminen ja muuntaminen sivutetuista API-rajapinnoista tai useista datalähteistä. Kuvittele datan yhdistämistä eri verkkokauppa-alustoilta (Amazon, eBay, oma kauppa) yhtenäisten tuotelistojen luomiseksi.
• Tiedostojen käsittely: Suurten tiedostojen lukeminen ja käsittely asynkronisesti. Esimerkiksi suuren CSV-tiedoston jäsentäminen, rivien suodattaminen tiettyjen kriteerien perusteella (esim. myynti yli tietyn rajan Japanissa) ja datan muuntaminen analysointia varten.
• Käyttöliittymäpäivitykset: Käyttöliittymäelementtien päivittäminen vaiheittain, kun dataa tulee saataville. Esimerkiksi hakutulosten näyttäminen sitä mukaa kun niitä noudetaan etäpalvelimelta, mikä tarjoaa sulavamman käyttökokemuksen hitaillakin verkkoyhteyksillä.
• Server-Sent Events (SSE): SSE-virtojen käsittely, tapahtumien suodattaminen tyypin perusteella ja datan muuntaminen näytettäväksi tai jatkokäsiteltäväksi.

Huomioitavaa ja parhaat käytännöt

• Suorituskyky: Vaikka asynkroniset iteraattoriavustajat tarjoavat puhtaan ja elegantin lähestymistavan, ole tietoinen suorituskyvystä. Jokainen avustajafunktio lisää yleiskustannuksia, joten vältä liiallista ketjuttamista. Harkitse, voisiko yksi, monimutkaisempi funktio olla tehokkaampi tietyissä skenaarioissa.
• Muistinkäyttö: Ole tietoinen muistinkäytöstä käsitellessäsi suuria virtoja. Vältä suurten datamäärien puskurointia muistiin. take-avustaja on hyödyllinen käsiteltävän datan määrän rajoittamisessa.
• Virheidenkäsittely: Toteuta vankka virheidenkäsittely estääksesi odottamattomia kaatumisia tai datan korruptoitumista.
• Testaus: Kirjoita kattavat yksikkötestit avustajafunktioillesi varmistaaksesi, että ne toimivat odotetusti.
• Muuttumattomuus: Käsittele datavirtaa muuttumattomana. Vältä alkuperäisen datan muokkaamista avustajafunktioissasi; luo sen sijaan uusia olioita tai arvoja.
• TypeScript: TypeScriptin käyttö voi merkittävästi parantaa asynkronisen iteraattoriavustajakoodisi tyyppiturvallisuutta ja ylläpidettävyyttä. Määrittele selkeät rajapinnat datarakenteillesi ja käytä geneerisiä tyyppejä uudelleenkäytettävien avustajafunktioiden luomiseen.

Yhteenveto

JavaScriptin asynkronisten iteraattoriavustajien koostaminen tarjoaa tehokkaan ja elegantin tavan käsitellä asynkronisia datavirtoja. Ketjuttamalla operaatioita yhteen voit luoda puhdasta, uudelleenkäytettävää ja ylläpidettävää koodia. Vaikka alkuasetelma saattaa tuntua monimutkaiselta, paremman luettavuuden, testattavuuden ja ylläpidettävyyden tuomat hyödyt tekevät siitä kannattavan investoinnin kaikille asynkronisen datan kanssa työskenteleville JavaScript-kehittäjille.

Hyödynnä asynkronisten iteraattorien voima ja saavuta uusi tehokkuuden ja eleganssin taso asynkronisessa JavaScript-koodissasi. Kokeile erilaisia avustajafunktioita ja löydä, kuinka ne voivat yksinkertaistaa datankäsittelytyönkulkuja. Muista ottaa huomioon suorituskyky ja muistinkäyttö, ja aseta aina etusijalle vankka virheidenkäsittely.