Komposisjon av JavaScripts asynkrone iterator-hjelpere: Kjedekobling av asynkrone strømmer

Asynkron programmering er en hjørnestein i moderne JavaScript-utvikling, spesielt når man håndterer I/O-operasjoner, nettverksforespørsler og sanntids datastrømmer. Asynkrone iteratorer og asynkrone iterables, introdusert i ECMAScript 2018, gir en kraftig mekanisme for å håndtere asynkrone datasekvenser. Denne artikkelen dykker ned i konseptet med komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere, og demonstrerer hvordan man kan kjedekoble operasjoner på asynkrone strømmer for renere, mer effektiv og svært vedlikeholdbar kode.

Forståelse av asynkrone iteratorer og asynkrone iterables

Før vi dykker inn i komposisjon, la oss klargjøre det grunnleggende:

• Asynkron Iterable: Et objekt som inneholder `Symbol.asyncIterator`-metoden, som returnerer en asynkron iterator. Det representerer en sekvens av data som kan itereres over asynkront.
• Asynkron Iterator: Et objekt som definerer en `next()`-metode, som returnerer et promise som resolver til et objekt med to egenskaper: `value` (det neste elementet i sekvensen) og `done` (en boolsk verdi som indikerer om sekvensen er ferdig).

I bunn og grunn er en asynkron iterable en kilde til asynkrone data, og en asynkron iterator er mekanismen for å få tilgang til disse dataene, bit for bit. Tenk på et eksempel fra den virkelige verden: å hente data fra et paginert API-endepunkt. Hver side representerer en datamengde som er tilgjengelig asynkront.

Her er et enkelt eksempel på en asynkron iterable som genererer en sekvens av tall:

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

const numberStream = generateNumbers(5);

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

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksemplet er `generateNumbers` en asynkron generatorfunksjon som lager en asynkron iterable. `for await...of`-løkken konsumerer dataene fra strømmen asynkront.

Behovet for komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere

Ofte vil du trenge å utføre flere operasjoner på en asynkron strøm, som filtrering, mapping og redusering. Tradisjonelt sett ville du kanskje skrevet nestede løkker eller komplekse asynkrone funksjoner for å oppnå dette. Dette kan imidlertid føre til omstendelig kode som er vanskelig å lese og vedlikeholde.

Komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere gir en mer elegant og funksjonell tilnærming. Det lar deg kjedekoble operasjoner, og skaper en pipeline som behandler dataene på en sekvensiell og deklarativ måte. Dette fremmer gjenbruk av kode, forbedrer lesbarheten og forenkler testing.

Tenk deg å hente en strøm av brukerprofiler fra et API, deretter filtrere for aktive brukere, og til slutt hente ut e-postadressene deres. Uten hjelperkomposisjon kunne dette blitt et rotete, nestet og callback-tungt oppsett.

Bygging av asynkrone iterator-hjelpere

En asynkron iterator-hjelper er en funksjon som tar en asynkron iterable som input og returnerer en ny asynkron iterable som anvender en spesifikk transformasjon eller operasjon på den opprinnelige strømmen. Disse hjelperne er designet for å være komponerbare, slik at du kan kjedekoble dem for å skape komplekse databehandlings-pipelines.

La oss definere noen vanlige hjelpefunksjoner:

1. `map`-hjelper

`map`-hjelperen anvender en transformasjonsfunksjon på hvert element i den asynkrone strømmen og yielder den transformerte verdien.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Eksempel: Konverter en strøm av tall til deres kvadrater.

            
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); // Output: 0, 1, 4, 9, 16, 25 (med forsinkelser)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

2. `filter`-hjelper

`filter`-hjelperen filtrerer elementer fra den asynkrone strømmen basert på en predikatfunksjon.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Eksempel: Filtrer partall fra en strøm.

            
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); // Output: 0, 2, 4 (med forsinkelser)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

3. `take`-hjelper

`take`-hjelperen tar et spesifisert antall elementer fra begynnelsen av den asynkrone strømmen.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Eksempel: Ta de første 3 tallene fra en strøm.

            
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); // Output: 0, 1, 2 (med forsinkelser)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

4. `toArray`-hjelper

`toArray`-hjelperen konsumerer hele den asynkrone strømmen og returnerer en matrise som inneholder alle elementene.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Eksempel: Konverter en strøm av tall til en matrise.

            
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); // Output: [0, 1, 2, 3, 4, 5]
})();

            

              
                Copy
              
            
          

5. `flatMap`-hjelper

`flatMap`-hjelperen anvender en funksjon på hvert element og flater deretter ut resultatet til en enkelt asynkron strøm.

            
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
              
            
          

Eksempel: Konverter en strøm av strenger til en strøm av tegn.

            
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); // Output: h, e, l, l, o, w, o, r, l, d (med forsinkelser)
  }
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere

Den virkelige kraften til asynkrone iterator-hjelpere kommer fra deres komponerbarhet. Du kan kjedekoble dem for å skape komplekse databehandlings-pipelines. La oss demonstrere dette med et omfattende eksempel:

Scenario: Hent brukerdata fra et paginert API, filtrer for aktive brukere, hent ut e-postadressene deres, og ta de første 5 e-postadressene.

            
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; // Ikke mer data
    }
    for (const user of data) {
      yield user;
    }
    page++;
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200)); // Simuler API-forsinkelse
  }
}

// Eksempel-API URL (erstatt med et ekte API-endepunkt)
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); // Output: Matrise med de første 5 aktive brukeres e-postadresser
})();

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksemplet kjedekobler vi `filter`-, `map`- og `take`-hjelperne for å behandle brukerdatastrømmen. `filter`-hjelperen velger bare aktive brukere, `map`-hjelperen henter ut e-postadressene deres, og `take`-hjelperen begrenser resultatet til de første 5 e-postene. Legg merke til nestingen; dette er vanlig, men kan forbedres med en verktøyfunksjon, som vist nedenfor.

Forbedre lesbarheten med et pipeline-verktøy

Selv om eksemplet ovenfor demonstrerer komposisjon, kan nestingen bli uhåndterlig med mer komplekse pipelines. For å forbedre lesbarheten kan vi lage en `pipeline`-verktøyfunksjon:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Nå kan vi omskrive det forrige eksemplet ved å bruke `pipeline`-funksjonen:

            
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; // Ikke mer data
    }
    for (const user of data) {
      yield user;
    }
    page++;
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200)); // Simuler API-forsinkelse
  }
}

// Eksempel-API URL (erstatt med et ekte API-endepunkt)
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); // Output: Matrise med de første 5 aktive brukeres e-postadresser
})();

            

              
                Copy
              
            
          

Denne versjonen er mye enklere å lese og forstå. `pipeline`-funksjonen anvender operasjonene på en sekvensiell måte, noe som gjør dataflyten mer eksplisitt.

Feilhåndtering

Når man jobber med asynkrone operasjoner, er feilhåndtering avgjørende. Du kan innlemme feilhåndtering i hjelpefunksjonene dine ved å pakke `yield`-setningene inn i `try...catch`-blokker.

            
async function* map(iterable, transform) {
  for await (const item of iterable) {
    try {
      yield await transform(item);
    } catch (error) {
      console.error("Feil i map-hjelper:", error);
      // Du kan velge å kaste feilen videre, hoppe over elementet, eller yielde en standardverdi.
      // For eksempel, for å hoppe over elementet:
      // continue;
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Husk å håndtere feil på en passende måte basert på applikasjonens krav. Du vil kanskje logge feilen, hoppe over det problematiske elementet, eller avslutte pipelinen.

Fordeler med komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere

• Forbedret lesbarhet: Koden blir mer deklarativ og lettere å forstå.
• Økt gjenbrukbarhet: Hjelpefunksjoner kan gjenbrukes på tvers av forskjellige deler av applikasjonen din.
• Forenklet testing: Hjelpefunksjoner er enklere å teste isolert.
• Forbedret vedlikeholdbarhet: Endringer i én hjelpefunksjon påvirker ikke andre deler av pipelinen (så lenge input/output-kontraktene opprettholdes).
• Bedre feilhåndtering: Feilhåndtering kan sentraliseres i hjelpefunksjonene.

Reelle bruksområder

Komposisjon av asynkrone iterator-hjelpere er verdifullt i en rekke scenarier, inkludert:

• Datastrømming: Behandling av sanntidsdata fra kilder som sensornettverk, finansielle feeds eller sosiale medier-strømmer.
• API-integrasjon: Henting og transformering av data fra paginerte API-er eller flere datakilder. Tenk deg å aggregere data fra ulike e-handelsplattformer (Amazon, eBay, din egen butikk) for å generere enhetlige produktoppføringer.
• Filbehandling: Lesing og behandling av store filer asynkront. For eksempel, å parse en stor CSV-fil, filtrere rader basert på visse kriterier (f.eks. salg over en terskel i Japan), og deretter transformere dataene for analyse.
• Oppdateringer av brukergrensesnitt: Oppdatere UI-elementer inkrementelt etter hvert som data blir tilgjengelig. For eksempel, å vise søkeresultater etter hvert som de hentes fra en ekstern server, noe som gir en jevnere brukeropplevelse selv med trege nettverksforbindelser.
• Server-Sent Events (SSE): Behandle SSE-strømmer, filtrere hendelser basert på type, og transformere dataene for visning eller videre behandling.

Vurderinger og beste praksis

• Ytelse: Selv om asynkrone iterator-hjelpere gir en ren og elegant tilnærming, vær oppmerksom på ytelsen. Hver hjelpefunksjon legger til litt overhead, så unngå overdreven kjedekobling. Vurder om en enkelt, mer kompleks funksjon kan være mer effektiv i visse scenarier.
• Minnebruk: Vær bevisst på minnebruk når du håndterer store strømmer. Unngå å bufre store mengder data i minnet. `take`-hjelperen er nyttig for å begrense mengden data som behandles.
• Feilhåndtering: Implementer robust feilhåndtering for å forhindre uventede krasj eller datakorrupsjon.
• Testing: Skriv omfattende enhetstester for hjelpefunksjonene dine for å sikre at de oppfører seg som forventet.
• Uforanderlighet: Behandle datastrømmen som uforanderlig. Unngå å modifisere de opprinnelige dataene i hjelpefunksjonene dine; lag i stedet nye objekter eller verdier.
• TypeScript: Bruk av TypeScript kan betydelig forbedre typesikkerheten og vedlikeholdbarheten til koden for dine asynkrone iterator-hjelpere. Definer klare grensesnitt for datastrukturene dine og bruk generiske typer for å lage gjenbrukbare hjelpefunksjoner.

Konklusjon

Komposisjon av JavaScripts asynkrone iterator-hjelpere gir en kraftig og elegant måte å behandle asynkrone datastrømmer på. Ved å kjedekoble operasjoner kan du skape ren, gjenbrukbar og vedlikeholdbar kode. Selv om det første oppsettet kan virke komplekst, gjør fordelene med forbedret lesbarhet, testbarhet og vedlikeholdbarhet det til en verdig investering for enhver JavaScript-utvikler som jobber med asynkrone data.

Omfavn kraften til asynkrone iteratorer og lås opp et nytt nivå av effektivitet og eleganse i din asynkrone JavaScript-kode. Eksperimenter med forskjellige hjelpefunksjoner og oppdag hvordan de kan forenkle dine databehandlings-arbeidsflyter. Husk å vurdere ytelse og minnebruk, og prioriter alltid robust feilhåndtering.