Asinhroni iteratorji v JavaScriptu: Celovit vodnik po procesiranju tokov

V svetu sodobnega razvoja JavaScripta je obravnavanje asinhronih podatkovnih tokov pogosta zahteva. Ne glede na to, ali pridobivate podatke iz API-ja, procesirate dogodke v realnem času ali delate z velikimi nabori podatkov, je učinkovito upravljanje asinhronih podatkov ključnega pomena za izgradnjo odzivnih in razširljivih aplikacij. Asinhroni iteratorji v JavaScriptu ponujajo močno in elegantno rešitev za te izzive.

Kaj so asinhroni iteratorji?

Asinhroni iteratorji so sodobna funkcionalnost JavaScripta, ki omogoča iteracijo po asinhronih virih podatkov, kot so tokovi ali asinhroni odgovori API-jev, na nadzorovan in zaporedni način. Podobni so običajnim iteratorjem, vendar z ključno razliko, da njihova metoda next() vrne Promise. To omogoča delo s podatki, ki prispejo asinhrono, ne da bi blokirali glavno nit.

Predstavljajte si običajen iterator kot način za pridobivanje elementov iz zbirke enega za drugim. Zahtevate naslednji element in ga takoj dobite. Asinhroni iterator pa je kot naročanje izdelkov prek spleta. Oddate naročilo (kličete next()) in nekaj časa kasneje prispe naslednji element (Promise se razreši).

Ključni koncepti

• Asinhroni iterator: Objekt, ki ponuja metodo next(), ki vrne Promise, ki se razreši v objekt z lastnostma value in done, podobno kot običajen iterator. value predstavlja naslednji element v zaporedju, done pa označuje, ali je iteracija končana.
• Asinhroni generator: Posebna vrsta funkcije, ki vrne asinhroni iterator. Uporablja ključno besedo yield za asinhrono ustvarjanje vrednosti.
• Zanka for await...of: Jezikovni konstrukt, zasnovan posebej za iteracijo po asinhronih iteratorjih. Poenostavlja postopek porabe asinhronih podatkovnih tokov.

Ustvarjanje asinhronih iteratorjev z asinhronimi generatorji

Najpogostejši način za ustvarjanje asinhronih iteratorjev je z uporabo asinhronih generatorjev. Asinhroni generator je funkcija, deklarirana s sintakso async function*. Znotraj funkcije lahko uporabite ključno besedo yield za asinhrono ustvarjanje vrednosti.

Primer: Simulacija podatkovnega vira v realnem času

Ustvarimo asinhroni generator, ki simulira podatkovni vir v realnem času, kot so cene delnic ali odčitki senzorjev. Uporabili bomo setTimeout za vnos umetnih zamud in simulacijo asinhronega prihoda podatkov.

            async function* generateDataFeed(count) {
  for (let i = 0; i < count; i++) {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simulate delay
    yield { timestamp: Date.now(), value: Math.random() * 100 };
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

V tem primeru:

• async function* generateDataFeed(count) deklarira asinhroni generator, ki sprejme argument count, ki označuje število podatkovnih točk za generiranje.
• Zanka for se izvede count-krat.
• await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)) z uporabo setTimeout uvede 500ms zamudo. To simulira asinhrono naravo prihoda podatkov v realnem času.
• yield { timestamp: Date.now(), value: Math.random() * 100 } vrne objekt, ki vsebuje časovni žig in naključno vrednost. Ključna beseda yield zaustavi izvajanje funkcije in vrne vrednost klicatelju.

Uporaba asinhronih iteratorjev z zanko for await...of

Za uporabo asinhronega iteratorja lahko uporabite zanko for await...of. Ta zanka samodejno obravnava asinhrono naravo iteratorja, saj počaka, da se vsak Promise razreši, preden nadaljuje z naslednjo iteracijo.

Primer: Procesiranje podatkovnega vira

Uporabimo asinhroni iterator generateDataFeed z zanko for await...of in izpišimo vsako podatkovno točko v konzolo.

            async function processDataFeed() {
  for await (const data of generateDataFeed(5)) {
    console.log(`Received data: ${JSON.stringify(data)}`);
  }
  console.log('Data feed processing complete.');
}

processDataFeed();

            

              
                Copy
              
            
          

V tem primeru:

• async function processDataFeed() deklarira asinhrono funkcijo za obdelavo podatkov.
• for await (const data of generateDataFeed(5)) iterira po asinhronem iteratorju, ki ga vrne generateDataFeed(5). Ključna beseda await zagotavlja, da zanka počaka na prihod vsake podatkovne točke, preden nadaljuje.
• console.log(`Received data: ${JSON.stringify(data)}`) izpiše prejeto podatkovno točko v konzolo.
• console.log('Data feed processing complete.') izpiše sporočilo, da je obdelava podatkovnega vira končana.

Prednosti uporabe asinhronih iteratorjev

Asinhroni iteratorji ponujajo več prednosti pred tradicionalnimi tehnikami asinhronega programiranja, kot so povratni klici (callbacks) in Promise-i:

• Izboljšana berljivost: Asinhroni iteratorji in zanka for await...of zagotavljajo bolj sinhronega videza in lažje razumljiv način dela z asinhronimi podatkovnimi tokovi.
• Poenostavljeno obravnavanje napak: Za obravnavanje napak znotraj zanke for await...of lahko uporabite standardne bloke try...catch, kar poenostavi obravnavanje napak.
• Obravnavanje protitlaka (Backpressure): Asinhrone iteratorje je mogoče uporabiti za implementacijo mehanizmov protitlaka, kar porabnikom omogoča nadzor nad hitrostjo ustvarjanja podatkov in preprečuje izčrpanost virov.
• Sestavljivost: Asinhrone iteratorje je mogoče enostavno sestavljati in verižiti za ustvarjanje kompleksnih podatkovnih cevovodov.
• Preklic: Asinhrone iteratorje je mogoče zasnovati tako, da podpirajo preklic, kar porabnikom omogoča, da po potrebi ustavijo postopek iteracije.

Primeri uporabe v praksi

Asinhroni iteratorji so primerni za različne primere uporabe v praksi, vključno z:

• Pretakanje iz API-jev: Poraba podatkov iz API-jev, ki podpirajo pretočne odgovore (npr. Server-Sent Events, WebSockets).
• Obdelava datotek: Branje velikih datotek po delih, ne da bi celotno datoteko naložili v pomnilnik. Na primer, obdelava velike datoteke CSV vrstico po vrstico.
• Podatkovni viri v realnem času: Procesiranje podatkovnih tokov v realnem času iz virov, kot so borze, družbena omrežja ali IoT naprave.
• Poizvedbe v podatkovnih bazah: Učinkovito iteriranje po velikih nizih rezultatov iz poizvedb v podatkovnih bazah.
• Opravila v ozadju: Implementacija dolgotrajnih opravil v ozadju, ki jih je treba izvajati po delih.

Primer: Branje velike datoteke po delih

Pokažimo, kako z asinhronimi iteratorji brati veliko datoteko po delih in vsak del obdelati takoj, ko postane na voljo. To je še posebej uporabno pri delu z datotekami, ki so prevelike, da bi jih v celoti naložili v pomnilnik.

            const fs = require('fs');
const readline = require('readline');

async function* readLines(filePath) {
  const fileStream = fs.createReadStream(filePath);

  const rl = readline.createInterface({
    input: fileStream,
    crlfDelay: Infinity
  });

  for await (const line of rl) {
    yield line;
  }
}

async function processFile(filePath) {
  for await (const line of readLines(filePath)) {
    // Process each line here
    console.log(`Line: ${line}`);
  }
}

processFile('large_file.txt');

            

              
                Copy
              
            
          

V tem primeru:

• Za branje datoteke vrstico po vrstico uporabimo modula fs in readline.
• Asinhroni generator readLines ustvari readline.Interface za branje toka datoteke.
• Zanka for await...of iterira po vrsticah v datoteki in vsako vrstico vrne klicatelju.
• Funkcija processFile uporablja asinhroni iterator readLines in obdela vsako vrstico.

Ta pristop omogoča obdelavo velikih datotek, ne da bi celotno datoteko naložili v pomnilnik, kar ga naredi bolj učinkovitega in razširljivega.

Napredne tehnike

Obravnavanje protitlaka (Backpressure)

Protitlak je mehanizem, ki porabnikom omogoča, da proizvajalcem sporočijo, da niso pripravljeni sprejeti več podatkov. To preprečuje, da bi proizvajalci preobremenili porabnike in povzročili izčrpanost virov.

Asinhrone iteratorje je mogoče uporabiti za implementacijo protitlaka tako, da porabnikom omogočijo nadzor nad hitrostjo, s katero zahtevajo podatke od iteratorja. Proizvajalec lahko nato prilagodi svojo hitrost generiranja podatkov glede na zahteve porabnika.

Preklic

Preklic je zmožnost zaustavitve asinhrone operacije, preden se ta konča. To je lahko koristno v situacijah, ko operacija ni več potrebna ali traja predolgo.

Asinhrone iteratorje je mogoče zasnovati tako, da podpirajo preklic, tako da zagotovijo mehanizem, s katerim lahko porabniki sporočijo iteratorju, naj preneha proizvajati podatke. Iterator lahko nato počisti vse vire in se elegantno zaključi.

Asinhroni generatorji v primerjavi z reaktivnim programiranjem (RxJS)

Čeprav asinhroni iteratorji ponujajo močan način za obravnavo asinhronih podatkovnih tokov, knjižnice za reaktivno programiranje, kot je RxJS, ponujajo obsežnejši nabor orodij za izgradnjo kompleksnih reaktivnih aplikacij. RxJS zagotavlja bogat nabor operatorjev za preoblikovanje, filtriranje in združevanje podatkovnih tokov ter napredne zmožnosti za obravnavanje napak in upravljanje sočasnosti.

Vendar pa asinhroni iteratorji ponujajo enostavnejšo in lažjo alternativo za scenarije, kjer ne potrebujete polne moči RxJS. So tudi izvorna funkcionalnost JavaScripta, kar pomeni, da vam v projekt ni treba dodajati zunanjih odvisnosti.

Kdaj uporabiti asinhronih iteratorje in kdaj RxJS

• Uporabite asinhronih iteratorje, kadar:
  • Potrebujete preprost in lahek način za obravnavo asinhronih podatkovnih tokov.
  • Ne potrebujete polne moči reaktivnega programiranja.
  • Se želite izogniti dodajanju zunanjih odvisnosti v svoj projekt.
  • Morate delati z asinhronimi podatki na zaporedni in nadzorovan način.
• Uporabite RxJS, kadar:
  • Morate zgraditi kompleksne reaktivne aplikacije z naprednimi transformacijami podatkov in obravnavanjem napak.
  • Morate upravljati sočasnost in asinhrone operacije na robusten in razširljiv način.
  • Potrebujete bogat nabor operatorjev za manipulacijo podatkovnih tokov.
  • Ste že seznanjeni s koncepti reaktivnega programiranja.

Združljivost z brskalniki in polyfilli

Asinhroni iteratorji in asinhroni generatorji so podprti v vseh sodobnih brskalnikih in različicah Node.js. Če pa morate podpirati starejše brskalnike ali okolja, boste morda morali uporabiti polyfill.

Na voljo je več polyfillov za asinhronih iteratorje in asinhronih generatorje, vključno z:

• core-js: Celovita knjižnica polyfillov, ki vključuje podporo za asinhronih iteratorje in asinhronih generatorje.
• regenerator-runtime: Polyfill za asinhronih generatorje, ki temelji na transformaciji Regenerator.

Za uporabo polyfilla ga morate običajno vključiti v svoj projekt in ga uvoziti pred uporabo asinhronih iteratorjev ali asinhronih generatorjev.

Zaključek

Asinhroni iteratorji v JavaScriptu ponujajo močno in elegantno rešitev za obravnavo asinhronih podatkovnih tokov. Ponujajo izboljšano berljivost, poenostavljeno obravnavanje napak ter možnost implementacije mehanizmov protitlaka in preklica. Ne glede na to, ali delate s pretakanjem iz API-jev, obdelavo datotek, podatkovnimi viri v realnem času ali poizvedbami v podatkovnih bazah, vam lahko asinhroni iteratorji pomagajo zgraditi učinkovitejše in razširljive aplikacije.

Z razumevanjem ključnih konceptov asinhronih iteratorjev in asinhronih generatorjev ter z uporabo zanke for await...of lahko odklenete moč asinhronega procesiranja tokov v svojih projektih JavaScript.

Razmislite o raziskovanju knjižnic, kot je it-tools (https://www.npmjs.com/package/it-tools), za zbirko pomožnih funkcij za delo z asinhronimi iteratorji.

Nadaljnje raziskovanje

• MDN Web Docs: for await...of
• TC39 Proposal: Asinhrona iteracija