JavaScript plūsmas apstrāde: asinhrono iteratoru paternu apgūšana

Mūsdienu tīmekļa un servera puses izstrādē liela apjoma datu kopu un reāllaika datu plūsmu apstrāde ir izplatīts izaicinājums. JavaScript nodrošina jaudīgus rīkus plūsmas apstrādei, un asinhronie iteratori ir kļuvuši par būtisku paternu, lai efektīvi pārvaldītu asinhronas datu plūsmas. Šajā emuāra ierakstā mēs iedziļināsimies asinhrono iteratoru paternos JavaScript, izpētot to priekšrocības, ieviešanu un praktisko pielietojumu.

Kas ir asinhronie iteratori?

Asinhronie iteratori ir standarta JavaScript iteratoru protokola paplašinājums, kas paredzēts darbam ar asinhroniem datu avotiem. Atšķirībā no parastajiem iteratoriem, kas atgriež vērtības sinhroni, asinhronie iteratori atgriež solījumus (promises), kas atrisinās ar nākamo vērtību secībā. Šī asinhronā daba padara tos ideāli piemērotus datu apstrādei, kas pienāk laika gaitā, piemēram, tīkla pieprasījumi, failu lasīšana vai datu bāzes vaicājumi.

Pamatjēdzieni:

• Asinhroni iterējams (Async Iterable): Objekts, kuram ir metode ar nosaukumu `Symbol.asyncIterator`, kas atgriež asinhrono iteratoru.
• Asinhronais iterators (Async Iterator): Objekts, kas definē `next()` metodi, kura atgriež solījumu, kas atrisinās par objektu ar `value` un `done` īpašībām, līdzīgi kā parastie iteratori.
• `for await...of` cikls: Valodas konstrukcija, kas vienkāršo iterēšanu pār asinhroni iterējamiem objektiem.

Kāpēc izmantot asinhronos iteratorus plūsmas apstrādei?

Asinhronie iteratori piedāvā vairākas priekšrocības plūsmas apstrādei JavaScript:

• Atmiņas efektivitāte: Apstrādājiet datus pa daļām, nevis ielādējot visu datu kopu atmiņā uzreiz.
• Atsaucība: Izvairieties no galvenā pavediena (main thread) bloķēšanas, apstrādājot datus asinhroni.
• Komponējamība: Savienojiet vairākas asinhronas darbības kopā, lai izveidotu sarežģītus datu konveijerus.
• Kļūdu apstrāde: Ieviesiet robustus kļūdu apstrādes mehānismus asinhronām darbībām.
• Pretspiediena pārvaldība (Backpressure Management): Kontrolējiet ātrumu, ar kādu dati tiek patērēti, lai novērstu patērētāja pārslodzi.

Asinhrono iteratoru izveide

Ir vairāki veidi, kā izveidot asinhronos iteratorus JavaScript:

1. Manuāla asinhronā iteratora protokola ieviešana

Tas ietver objekta definēšanu ar `Symbol.asyncIterator` metodi, kas atgriež objektu ar `next()` metodi. `next()` metodei ir jāatgriež solījums, kas atrisinās ar nākamo vērtību secībā, vai solījums, kas atrisinās ar `{ value: undefined, done: true }`, kad secība ir pabeigta.

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)); // Simulējam asinhronu aizkavi
 yield this.count++;
 }
 }
}

async function main() {
 const counter = new Counter(5);
 for await (const value of counter) {
 console.log(value); // Izvade: 0, 1, 2, 3, 4 (ar 500ms aizkavi starp katru vērtību)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

2. Asinhrono ģeneratoru funkciju izmantošana

Asinhrono ģeneratoru funkcijas nodrošina kodolīgāku sintaksi asinhrono iteratoru izveidei. Tās tiek definētas, izmantojot `async function*` sintaksi, un izmanto `yield` atslēgvārdu, lai asinhroni radītu vērtības.

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

async function main() {
 const sequence = generateSequence(1, 3);
 for await (const value of sequence) {
 console.log(value); // Izvade: 1, 2, 3 (ar 500ms aizkavi starp katru vērtību)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

3. Esošo asinhroni iterējamo objektu transformēšana

Jūs varat transformēt esošos asinhroni iterējamos objektus, izmantojot tādas funkcijas kā `map`, `filter` un `reduce`. Šīs funkcijas var ieviest, izmantojot asinhrono ģeneratoru funkcijas, lai izveidotu jaunus asinhroni iterējamus objektus, kas apstrādā datus no sākotnējā iterējamā objekta.

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); // Izvade: 2, 4, 6
 }
 console.log("Done!");
}

main();

Izplatītākie asinhrono iteratoru paterni

Vairāki izplatīti paterni izmanto asinhrono iteratoru jaudu efektīvai plūsmas apstrādei:

1. Buferizācija

Buferizācija ietver vairāku vērtību savākšanu no asinhroni iterējama objekta buferī pirms to apstrādes. Tas var uzlabot veiktspēju, samazinot asinhrono operāciju skaitu.

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); // Izvade: [1, 2], [3, 4], [5]
 }
 console.log("Done!");
}

main();

2. Ierobežošana (Throttling)

Ierobežošana (throttling) limitē ātrumu, ar kādu vērtības tiek apstrādātas no asinhroni iterējama objekta. Tas var novērst patērētāja pārslodzi un uzlabot kopējo sistēmas stabilitāti.

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 sekundes aizkave

 for await (const value of throttled) {
 console.log(value); // Izvade: 1, 2, 3, 4, 5 (ar 1 sekundes aizkavi starp katru vērtību)
 }
 console.log("Done!");
}

main();

3. Atkāpināšana (Debouncing)

Atkāpināšana (debouncing) nodrošina, ka vērtība tiek apstrādāta tikai pēc noteikta neaktivitātes perioda. Tas ir noderīgi scenārijos, kur vēlaties izvairīties no starpposma vērtību apstrādes, piemēram, apstrādājot lietotāja ievadi meklēšanas lodziņā.

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; // Apstrādājam pēdējo vērtību
 }
}

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); // Izvade: abcd
 }
 console.log("Done!");
}

main();

4. Kļūdu apstrāde

Robusta kļūdu apstrāde ir būtiska plūsmas apstrādei. Asinhronie iteratori ļauj jums notvert un apstrādāt kļūdas, kas rodas asinhrono operāciju laikā.

async function* processData(iterable) {
 for await (const value of iterable) {
 try {
 // Simulējam potenciālu kļūdu apstrādes laikā
 if (value === 3) {
 throw new Error("Processing error!");
 }
 yield value * 2;
 } catch (error) {
 console.error("Kļūda, apstrādājot vērtību:", value, error);
 yield null; // Vai apstrādājiet kļūdu citādā veidā
 }
 }
}

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); // Izvade: 2, 4, null, 8, 10
 }
 console.log("Done!");
}

main();

Pielietojums reālajā dzīvē

Asinhrono iteratoru paterni ir vērtīgi dažādos reālās dzīves scenārijos:

• Reāllaika datu plūsmas: Akciju tirgus datu, sensoru rādījumu vai sociālo mediju plūsmu apstrāde.
• Lielu failu apstrāde: Lielu failu lasīšana un apstrāde pa daļām, neielādējot visu failu atmiņā. Piemēram, žurnālfailu analīze no tīmekļa servera, kas atrodas Frankfurtē, Vācijā.
• Datu bāzes vaicājumi: Rezultātu straumēšana no datu bāzes vaicājumiem, kas ir īpaši noderīgi lielām datu kopām vai ilgiem vaicājumiem. Iedomājieties finanšu darījumu straumēšanu no datu bāzes Tokijā, Japānā.
• API integrācija: Datu patērēšana no API, kas atgriež datus pa daļām vai plūsmās, piemēram, laika ziņu API, kas nodrošina stundas atjauninājumus pilsētai Buenosairesā, Argentīnā.
• Server-Sent Events (SSE): Servera sūtīto notikumu apstrāde pārlūkprogrammā vai Node.js lietojumprogrammā, kas ļauj saņemt reāllaika atjauninājumus no servera.

Asinhronie iteratori pret novērojamiem objektiem (Observables) (RxJS)

Kamēr asinhronie iteratori nodrošina natīvu veidu, kā apstrādāt asinhronas plūsmas, bibliotēkas, piemēram, RxJS (Reactive Extensions for JavaScript), piedāvā modernākas funkcijas reaktīvajai programmēšanai. Šeit ir salīdzinājums:

Iezīme	Asinhronie iteratori	RxJS novērojamie objekti
Natīvs atbalsts	Jā (ES2018+)	Nē (nepieciešama RxJS bibliotēka)
Operatori	Ierobežoti (nepieciešama pielāgota ieviešana)	Plaši (iebūvēti operatori filtrēšanai, kartēšanai, apvienošanai utt.)
Pretspiediens (Backpressure)	Pamata (var ieviest manuāli)	Uzlabots (stratēģijas pretspiediena apstrādei, piemēram, buferizācija, nomešana un ierobežošana)
Kļūdu apstrāde	Manuāla (Try/catch bloki)	Iebūvēta (kļūdu apstrādes operatori)
Atcelšana	Manuāla (nepieciešama pielāgota loģika)	Iebūvēta (abonementu pārvaldība un atcelšana)
Apguves līkne	Zemāka (vienkāršāks koncepts)	Augstāka (sarežģītāki koncepti un API)

Izvēlieties asinhronos iteratorus vienkāršākiem plūsmas apstrādes scenārijiem vai tad, ja vēlaties izvairīties no ārējām atkarībām. Apsveriet RxJS sarežģītākām reaktīvās programmēšanas vajadzībām, īpaši, ja saskaraties ar sarežģītām datu transformācijām, pretspiediena pārvaldību un kļūdu apstrādi.

Labākās prakses

Strādājot ar asinhronajiem iteratoriem, apsveriet šādas labākās prakses:

• Apstrādājiet kļūdas eleganti: Ieviesiet robustus kļūdu apstrādes mehānismus, lai novērstu neapstrādātu izņēmumu izraisītu lietojumprogrammas avāriju.
• Pārvaldiet resursus: Nodrošiniet, ka pareizi atbrīvojat resursus, piemēram, failu rokturus vai datu bāzes savienojumus, kad asinhronais iterators vairs nav nepieciešams.
• Ieviesiet pretspiedienu: Kontrolējiet ātrumu, ar kādu dati tiek patērēti, lai novērstu patērētāja pārslodzi, īpaši, strādājot ar liela apjoma datu plūsmām.
• Izmantojiet komponējamību: Izmantojiet asinhrono iteratoru komponējamo dabu, lai izveidotu modulārus un atkārtoti lietojamus datu konveijerus.
• Testējiet rūpīgi: Rakstiet visaptverošus testus, lai nodrošinātu, ka jūsu asinhronie iteratori pareizi darbojas dažādos apstākļos.

Secinājums

Asinhronie iteratori nodrošina jaudīgu un efektīvu veidu, kā apstrādāt asinhronas datu plūsmas JavaScript. Izprotot pamatjēdzienus un izplatītākos paternus, jūs varat izmantot asinhronos iteratorus, lai veidotu mērogojamas, atsaucīgas un uzturamas lietojumprogrammas, kas apstrādā datus reāllaikā. Neatkarīgi no tā, vai strādājat ar reāllaika datu plūsmām, lieliem failiem vai datu bāzes vaicājumiem, asinhronie iteratori var palīdzēt jums efektīvi pārvaldīt asinhronas datu plūsmas.

Tālākai izpētei

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