JavaScript srautų apdorojimas: Asinchroninių iteratorių šablonų įsisavinimas

Šiuolaikinėje žiniatinklio ir serverių programinės įrangos kūrimo srityje didelių duomenų rinkinių ir realaus laiko duomenų srautų tvarkymas yra įprastas iššūkis. JavaScript suteikia galingus įrankius srautams apdoroti, o asinchroniniai iteratoriai tapo esminiu šablonu efektyviam asinchroninių duomenų srautų valdymui. Šiame tinklaraščio įraše gilinamasi į asinchroninių iteratorių šablonus JavaScript kalboje, nagrinėjant jų privalumus, įgyvendinimą ir praktinį pritaikymą.

Kas yra asinchroniniai iteratoriai?

Asinchroniniai iteratoriai yra standartinio JavaScript iteratoriaus protokolo plėtinys, skirtas darbui su asinchroniniais duomenų šaltiniais. Skirtingai nuo įprastų iteratorių, kurie grąžina reikšmes sinchroniškai, asinchroniniai iteratoriai grąžina pažadus (promises), kurie išsisprendžia su kita seka esančia reikšme. Šis asinchroniškumas juos daro idealiu sprendimu tvarkyti duomenis, kurie atkeliauja laikui bėgant, pavyzdžiui, tinklo užklausas, failų skaitymus ar duomenų bazės užklausas.

Pagrindinės sąvokos:

• Asinchroniškai iteruojamas objektas (Async Iterable): Objektas, turintis metodą pavadinimu `Symbol.asyncIterator`, kuris grąžina asinchroninį iteratorių.
• Asinchroninis iteratorius (Async Iterator): Objektas, apibrėžiantis `next()` metodą, kuris grąžina pažadą, išsisprendžiantį į objektą su `value` ir `done` savybėmis, panašiai kaip įprasti iteratoriai.
• `for await...of` ciklas: Kalbos konstrukcija, supaprastinanti iteravimą per asinchroniškai iteruojamus objektus.

Kodėl srautų apdorojimui naudoti asinchroninius iteratorius?

Asinchroniniai iteratoriai siūlo keletą privalumų srautų apdorojimui JavaScript kalboje:

• Atminties efektyvumas: Apdoroja duomenis dalimis, užuot įkėlus visą duomenų rinkinį į atmintį vienu metu.
• Reagavimas: Vengia blokuoti pagrindinę giją, tvarkant duomenis asinchroniškai.
• Komponuojamumas: Leidžia sujungti kelias asinchronines operacijas į sudėtingus duomenų konvejerius.
• Klaidų tvarkymas: Suteikia galimybę įdiegti patikimus klaidų tvarkymo mechanizmus asinchroninėms operacijoms.
• Priešslėgio valdymas (Backpressure Management): Leidžia kontroliuoti duomenų suvartojimo greitį, kad vartotojas nebūtų perkrautas.

Asinchroninių iteratorių kūrimas

Yra keletas būdų sukurti asinchroninius iteratorius JavaScript kalboje:

1. Asinchroninio iteratoriaus protokolo įgyvendinimas rankiniu būdu

Tai apima objekto apibrėžimą su `Symbol.asyncIterator` metodu, kuris grąžina objektą su `next()` metodu. `next()` metodas turi grąžinti pažadą, kuris išsisprendžia su kita seka esančia reikšme, arba pažadą, kuris išsisprendžia su `{ value: undefined, done: true }`, kai seka yra baigta.

class Counter {
 constructor(limit) {
 this.limit = limit;
 this.count = 0;
 }

 async *[Symbol.asyncIterator]() {
 while (this.count < this.limit) {
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Imituojamas asinchroninis vėlavimas
 yield this.count++;
 }
 }
}

async function main() {
 const counter = new Counter(5);
 for await (const value of counter) {
 console.log(value); // Išvestis: 0, 1, 2, 3, 4 (su 500 ms vėlavimu tarp kiekvienos reikšmės)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

2. Asinchroninių generatorių funkcijų naudojimas

Asinchroninių generatorių funkcijos suteikia glaustesnę sintaksę asinchroniniams iteratoriams kurti. Jos apibrėžiamos naudojant `async function*` sintaksę ir naudoja `yield` raktažodį reikšmėms generuoti asinchroniškai.

async function* generateSequence(start, end) {
 for (let i = start; i <= end; i++) {
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Imituojamas asinchroninis vėlavimas
 yield i;
 }
}

async function main() {
 const sequence = generateSequence(1, 3);
 for await (const value of sequence) {
 console.log(value); // Išvestis: 1, 2, 3 (su 500 ms vėlavimu tarp kiekvienos reikšmės)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

3. Esamų asinchroniškai iteruojamų objektų transformavimas

Galite transformuoti esamus asinchroniškai iteruojamus objektus naudodami tokias funkcijas kaip `map`, `filter` ir `reduce`. Šios funkcijos gali būti įgyvendintos naudojant asinchroninių generatorių funkcijas, siekiant sukurti naujus asinchroniškai iteruojamus objektus, kurie apdoroja duomenis iš pradinio iteruojamo objekto.

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

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

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

 const doubled = map(numbers(), async (x) => x * 2);
 const even = filter(doubled, async (x) => x % 2 === 0);

 for await (const value of even) {
 console.log(value); // Išvestis: 2, 4, 6
 }
 console.log("Done!");
}

main();

Dažniausi asinchroninių iteratorių šablonai

Keli įprasti šablonai išnaudoja asinchroninių iteratorių galią efektyviam srautų apdorojimui:

1. Buferizavimas

Buferizavimas apima kelių reikšmių surinkimą iš asinchroniškai iteruojamo objekto į buferį prieš jas apdorojant. Tai gali pagerinti našumą, sumažinant asinchroninių operacijų skaičių.

async function* buffer(iterable, bufferSize) {
 let buffer = [];
 for await (const value of iterable) {
 buffer.push(value);
 if (buffer.length === bufferSize) {
 yield buffer;
 buffer = [];
 }
 }
 if (buffer.length > 0) {
 yield buffer;
 }
}

async function main() {
 async function* numbers() {
 yield 1;
 yield 2;
 yield 3;
 yield 4;
 yield 5;
 }

 const buffered = buffer(numbers(), 2);

 for await (const value of buffered) {
 console.log(value); // Išvestis: [1, 2], [3, 4], [5]
 }
 console.log("Done!");
}

main();

2. Srauto ribojimas (Throttling)

Srauto ribojimas (throttling) apriboja greitį, kuriuo reikšmės yra apdorojamos iš asinchroniškai iteruojamo objekto. Tai gali padėti išvengti vartotojo perkrovimo ir pagerinti bendrą sistemos stabilumą.

async function* throttle(iterable, delay) {
 for await (const value of iterable) {
 yield value;
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, delay));
 }
}

async function main() {
 async function* numbers() {
 yield 1;
 yield 2;
 yield 3;
 yield 4;
 yield 5;
 }

 const throttled = throttle(numbers(), 1000); // 1 sekundės vėlavimas

 for await (const value of throttled) {
 console.log(value); // Išvestis: 1, 2, 3, 4, 5 (su 1 sekundės vėlavimu tarp kiekvienos reikšmės)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

3. Atmetimas (Debouncing)

Atmetimas (debouncing) užtikrina, kad reikšmė bus apdorota tik po tam tikro neveiklumo laikotarpio. Tai naudinga scenarijuose, kai norite išvengti tarpinių reikšmių apdorojimo, pavyzdžiui, tvarkant vartotojo įvestį paieškos laukelyje.

async function* debounce(iterable, delay) {
 let timeoutId;
 let lastValue;
 for await (const value of iterable) {
 lastValue = value;
 clearTimeout(timeoutId);
 timeoutId = setTimeout(() => {
 yield lastValue;
 }, delay);
 }
 if (timeoutId) {
 clearTimeout(timeoutId);
 yield lastValue; // Apdorojama paskutinė reikšmė
 }
}

async function main() {
 async function* input() {
 yield 'a';
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200));
 yield 'ab';
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
 yield 'abc';
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500));
 yield 'abcd';
 }

 const debounced = debounce(input(), 300);

 for await (const value of debounced) {
 console.log(value); // Išvestis: abcd
 }
 console.log("Done!");
}

main();

4. Klaidų tvarkymas

Patikimas klaidų tvarkymas yra būtinas srautų apdorojimui. Asinchroniniai iteratoriai leidžia pagauti ir tvarkyti klaidas, kurios įvyksta asinchroninių operacijų metu.

async function* processData(iterable) {
 for await (const value of iterable) {
 try {
 // Imituojama galima klaida apdorojimo metu
 if (value === 3) {
 throw new Error("Processing error!");
 }
 yield value * 2;
 } catch (error) {
 console.error("Klaida apdorojant reikšmę:", value, error);
 yield null; // Arba tvarkykite klaidą kitu būdu
 }
 }
}

async function main() {
 async function* numbers() {
 yield 1;
 yield 2;
 yield 3;
 yield 4;
 yield 5;
 }

 const processed = processData(numbers());

 for await (const value of processed) {
 console.log(value); // Išvestis: 2, 4, null, 8, 10
 }
 console.log("Done!");
}

main();

Pritaikymas realiame pasaulyje

Asinchroninių iteratorių šablonai yra vertingi įvairiuose realaus pasaulio scenarijuose:

• Realaus laiko duomenų srautai: Akcijų rinkos duomenų, jutiklių rodmenų ar socialinių tinklų srautų apdorojimas.
• Didelių failų apdorojimas: Didelių failų skaitymas ir apdorojimas dalimis, neįkeliant viso failo į atmintį. Pavyzdžiui, analizuojant žurnalo failus iš interneto serverio, esančio Frankfurte, Vokietijoje.
• Duomenų bazės užklausos: Rezultatų srautas iš duomenų bazės užklausų, ypač naudingas dideliems duomenų rinkiniams ar ilgai trunkančioms užklausoms. Įsivaizduokite finansinių operacijų srautą iš duomenų bazės Tokijuje, Japonijoje.
• API integracija: Duomenų vartojimas iš API, kurios grąžina duomenis dalimis ar srautais, pavyzdžiui, orų API, teikianti valandinius atnaujinimus miestui Buenos Airėse, Argentinoje.
• Serverio siunčiami įvykiai (SSE): Serverio siunčiamų įvykių tvarkymas naršyklėje ar Node.js programoje, leidžiantis gauti realaus laiko atnaujinimus iš serverio.

Asinchroniniai iteratoriai prieš stebimuosius objektus (Observables) (RxJS)

Nors asinchroniniai iteratoriai suteikia natūralų būdą tvarkyti asinchroninius srautus, bibliotekos, tokios kaip RxJS (Reactive Extensions for JavaScript), siūlo pažangesnes funkcijas reaktyviam programavimui. Štai palyginimas:

Savybė	Asinchroniniai iteratoriai	RxJS stebimieji objektai (Observables)
Natūralus palaikymas	Taip (ES2018+)	Ne (reikalinga RxJS biblioteka)
Operatoriai	Ribotas (reikalingas individualus įgyvendinimas)	Platus (įmontuoti operatoriai filtravimui, transformavimui, sujungimui ir kt.)
Priešslėgis	Bazinis (gali būti įgyvendintas rankiniu būdu)	Pažangus (strategijos priešslėgiui valdyti, tokios kaip buferizavimas, atmetimas ir srauto ribojimas)
Klaidų tvarkymas	Rankinis (Try/catch blokai)	Įmontuotas (klaidų tvarkymo operatoriai)
Atšaukimas	Rankinis (reikalinga individuali logika)	Įmontuotas (prenumeratų valdymas ir atšaukimas)
Mokymosi kreivė	Žemesnė (paprastesnė koncepcija)	Aukštesnė (sudėtingesnės koncepcijos ir API)

Rinkitės asinchroninius iteratorius paprastesniems srautų apdorojimo scenarijams arba kai norite išvengti išorinių priklausomybių. Apsvarstykite RxJS sudėtingesniems reaktyviojo programavimo poreikiams, ypač kai susiduriama su sudėtingomis duomenų transformacijomis, priešslėgio valdymu ir klaidų tvarkymu.

Geriausios praktikos

Dirbdami su asinchroniniais iteratoriais, atsižvelkite į šias geriausias praktikas:

• Korektiškai tvarkykite klaidas: Įdiekite patikimus klaidų tvarkymo mechanizmus, kad neapdorotos išimtys nesutrikdytų jūsų programos veikimo.
• Valdykite išteklius: Užtikrinkite, kad tinkamai atlaisvintumėte išteklius, tokius kaip failų deskriptoriai ar duomenų bazės ryšiai, kai asinchroninis iteratorius nebėra reikalingas.
• Įgyvendinkite priešslėgį: Kontroliuokite duomenų suvartojimo greitį, kad išvengtumėte vartotojo perkrovimo, ypač dirbant su didelės apimties duomenų srautais.
• Naudokite komponuojamumą: Išnaudokite komponuojamą asinchroninių iteratorių prigimtį, kad sukurtumėte modulinius ir pakartotinai naudojamus duomenų konvejerius.
• Kruopščiai testuokite: Rašykite išsamius testus, kad užtikrintumėte, jog jūsų asinchroniniai iteratoriai veikia teisingai įvairiomis sąlygomis.

Išvada

Asinchroniniai iteratoriai suteikia galingą ir efektyvų būdą tvarkyti asinchroninius duomenų srautus JavaScript kalboje. Suprasdami pagrindines koncepcijas ir įprastus šablonus, galite pasinaudoti asinchroniniais iteratoriais kurdami mastelį keičiančias, reaguojančias ir palaikomas programas, kurios apdoroja duomenis realiu laiku. Nesvarbu, ar dirbate su realaus laiko duomenų srautais, dideliais failais ar duomenų bazės užklausomis, asinchroniniai iteratoriai gali padėti jums efektyviai valdyti asinchroninius duomenų srautus.

Tolesnis tyrinėjimas

• MDN Web Docs: for await...of
• Node.js srautų API: Node.js Stream
• RxJS: Reactive Extensions for JavaScript