Асинхронні ітератори JavaScript: повний посібник з обробки потоків

У світі сучасної JavaScript-розробки обробка асинхронних потоків даних є частою вимогою. Незалежно від того, чи отримуєте ви дані з API, обробляєте події в реальному часі або працюєте з великими наборами даних, ефективне керування асинхронними даними є вирішальним для створення чутливих та масштабованих застосунків. Асинхронні ітератори JavaScript надають потужне та елегантне рішення для вирішення цих завдань.

Що таке асинхронні ітератори?

Асинхронні ітератори – це сучасна можливість JavaScript, яка дозволяє ітерувати асинхронні джерела даних, такі як потоки або асинхронні відповіді API, контрольованим та послідовним чином. Вони схожі на звичайні ітератори, але ключова відмінність полягає в тому, що їхній метод next() повертає Promise. Це дозволяє працювати з даними, які надходять асинхронно, не блокуючи головний потік.

Уявіть звичайний ітератор як спосіб отримувати елементи з колекції по одному. Ви запитуєте наступний елемент і отримуєте його негайно. Асинхронний ітератор, з іншого боку, схожий на замовлення товарів онлайн. Ви робите замовлення (викликаєте next()), і через деякий час надходить наступний елемент (Promise виконується).

Ключові поняття

• Асинхронний ітератор: Об'єкт, що надає метод next(), який повертає Promise, що розв'язується в об'єкт з властивостями value та done, подібно до звичайного ітератора. value представляє наступний елемент у послідовності, а done вказує, чи завершена ітерація.
• Асинхронний генератор: Спеціальний тип функції, що повертає асинхронний ітератор. Він використовує ключове слово yield для асинхронного створення значень.
• Цикл for await...of: Мовна конструкція, розроблена спеціально для ітерації по асинхронних ітераторах. Вона спрощує процес споживання асинхронних потоків даних.

Створення асинхронних ітераторів за допомогою асинхронних генераторів

Найпоширеніший спосіб створення асинхронних ітераторів — це використання асинхронних генераторів. Асинхронний генератор — це функція, оголошена за допомогою синтаксису async function*. Всередині функції ви можете використовувати ключове слово yield для асинхронного створення значень.

Приклад: симуляція потоку даних у реальному часі

Створімо асинхронний генератор, який симулює потік даних у реальному часі, наприклад, ціни на акції або показники датчиків. Ми використаємо setTimeout для створення штучних затримок та симуляції асинхронного надходження даних.

            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
              
            
          

У цьому прикладі:

• async function* generateDataFeed(count) оголошує асинхронний генератор, який приймає аргумент count, що вказує на кількість точок даних для генерації.
• Цикл for виконується count разів.
• await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)) створює затримку в 500 мс за допомогою setTimeout. Це симулює асинхронний характер надходження даних у реальному часі.
• yield { timestamp: Date.now(), value: Math.random() * 100 } повертає об'єкт, що містить мітку часу та випадкове значення. Ключове слово yield призупиняє виконання функції та повертає значення тому, хто її викликав.

Використання асинхронних ітераторів з for await...of

Щоб використовувати асинхронний ітератор, ви можете скористатися циклом for await...of. Цей цикл автоматично обробляє асинхронну природу ітератора, очікуючи на виконання кожного Promise перед переходом до наступної ітерації.

Приклад: обробка потоку даних

Давайте використаємо асинхронний ітератор generateDataFeed за допомогою циклу for await...of та виведемо кожну точку даних у консоль.

            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
              
            
          

У цьому прикладі:

• async function processDataFeed() оголошує асинхронну функцію для обробки даних.
• for await (const data of generateDataFeed(5)) ітерує по асинхронному ітератору, повернутому generateDataFeed(5). Ключове слово await гарантує, що цикл чекатиме на надходження кожної точки даних перед продовженням.
• console.log(`Received data: ${JSON.stringify(data)}`) виводить отриману точку даних у консоль.
• console.log('Data feed processing complete.') виводить повідомлення про завершення обробки потоку даних.

Переваги використання асинхронних ітераторів

Асинхронні ітератори пропонують кілька переваг порівняно з традиційними техніками асинхронного програмування, такими як колбеки та Promise:

• Покращена читабельність: Асинхронні ітератори та цикл for await...of забезпечують більш синхронний на вигляд і легший для розуміння спосіб роботи з асинхронними потоками даних.
• Спрощена обробка помилок: Ви можете використовувати стандартні блоки try...catch для обробки помилок у циклі for await...of, що робить обробку помилок простішою.
• Обробка зворотного тиску (Backpressure): Асинхронні ітератори можна використовувати для реалізації механізмів зворотного тиску, дозволяючи споживачам контролювати швидкість виробництва даних, що запобігає вичерпанню ресурсів.
• Компонування: Асинхронні ітератори можна легко компонувати та об'єднувати в ланцюжки для створення складних конвеєрів даних.
• Скасування: Асинхронні ітератори можна розробити з підтримкою скасування, дозволяючи споживачам за потреби зупиняти процес ітерації.

Реальні випадки використання

Асинхронні ітератори добре підходять для різноманітних реальних випадків використання, зокрема:

• Потокове передавання з API: Споживання даних з API, що підтримують потокові відповіді (наприклад, Server-Sent Events, WebSockets).
• Обробка файлів: Читання великих файлів частинами без завантаження всього файлу в пам'ять. Наприклад, обробка великого CSV-файлу рядок за рядком.
• Потоки даних у реальному часі: Обробка потоків даних у реальному часі з джерел, таких як фондові біржі, соціальні мережі або пристрої IoT.
• Запити до бази даних: Ефективна ітерація по великих наборах результатів запитів до бази даних.
• Фонові завдання: Реалізація довготривалих фонових завдань, які потрібно виконувати частинами.

Приклад: читання великого файлу частинами

Продемонструймо, як використовувати асинхронні ітератори для читання великого файлу частинами, обробляючи кожну частину в міру її надходження. Це особливо корисно при роботі з файлами, які занадто великі, щоб поміститися в пам'ять.

            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
              
            
          

У цьому прикладі:

• Ми використовуємо модулі fs та readline для читання файлу рядок за рядком.
• Асинхронний генератор readLines створює readline.Interface для читання потоку файлу.
• Цикл for await...of ітерує по рядках у файлі, повертаючи кожен рядок тому, хто його викликав.
• Функція processFile споживає асинхронний ітератор readLines та обробляє кожен рядок.

Цей підхід дозволяє обробляти великі файли, не завантажуючи весь файл у пам'ять, що робить його більш ефективним та масштабованим.

Просунуті техніки

Обробка зворотного тиску (Backpressure)

Зворотний тиск — це механізм, який дозволяє споживачам сигналізувати виробникам, що вони не готові отримувати більше даних. Це запобігає перевантаженню споживачів виробниками та вичерпанню ресурсів.

Асинхронні ітератори можна використовувати для реалізації зворотного тиску, дозволяючи споживачам контролювати швидкість, з якою вони запитують дані з ітератора. Виробник може тоді коригувати швидкість генерації даних на основі запитів споживача.

Скасування (Cancellation)

Скасування — це можливість зупинити асинхронну операцію до її завершення. Це може бути корисно в ситуаціях, коли операція більше не потрібна або виконується занадто довго.

Асинхронні ітератори можна розробити з підтримкою скасування, надаючи механізм для споживачів, щоб сигналізувати ітератору, що він повинен припинити виробництво даних. Ітератор може тоді очистити будь-які ресурси та завершити роботу коректно.

Асинхронні генератори проти реактивного програмування (RxJS)

Хоча асинхронні ітератори надають потужний спосіб обробки асинхронних потоків даних, бібліотеки реактивного програмування, такі як RxJS, пропонують більш повний набір інструментів для створення складних реактивних застосунків. RxJS надає багатий набір операторів для перетворення, фільтрації та комбінування потоків даних, а також складні можливості для обробки помилок та управління паралелізмом.

Однак асинхронні ітератори пропонують простішу та легшу альтернативу для сценаріїв, де вам не потрібна повна потужність RxJS. Вони також є нативною можливістю JavaScript, що означає, що вам не потрібно додавати жодних зовнішніх залежностей до вашого проєкту.

Коли використовувати асинхронні ітератори, а коли — RxJS

• Використовуйте асинхронні ітератори, коли:
  • Вам потрібен простий та легкий спосіб обробки асинхронних потоків даних.
  • Вам не потрібна повна потужність реактивного програмування.
  • Ви хочете уникнути додавання зовнішніх залежностей до вашого проєкту.
  • Вам потрібно працювати з асинхронними даними послідовним та контрольованим чином.
• Використовуйте RxJS, коли:
  • Вам потрібно створювати складні реактивні застосунки зі складними перетвореннями даних та обробкою помилок.
  • Вам потрібно керувати паралелізмом та асинхронними операціями надійним та масштабованим способом.
  • Вам потрібен багатий набір операторів для маніпулювання потоками даних.
  • Ви вже знайомі з концепціями реактивного програмування.

Сумісність з браузерами та поліфіли

Асинхронні ітератори та асинхронні генератори підтримуються у всіх сучасних браузерах та версіях Node.js. Однак, якщо вам потрібно підтримувати старіші браузери або середовища, вам може знадобитися використати поліфіл.

Існує кілька поліфілів для асинхронних ітераторів та асинхронних генераторів, зокрема:

• core-js: Комплексна бібліотека поліфілів, що включає підтримку асинхронних ітераторів та асинхронних генераторів.
• regenerator-runtime: Поліфіл для асинхронних генераторів, що покладається на перетворення Regenerator.

Щоб використовувати поліфіл, вам зазвичай потрібно включити його у свій проєкт та імпортувати перед використанням асинхронних ітераторів або асинхронних генераторів.

Висновок

Асинхронні ітератори JavaScript надають потужне та елегантне рішення для обробки асинхронних потоків даних. Вони пропонують покращену читабельність, спрощену обробку помилок та можливість реалізації механізмів зворотного тиску та скасування. Незалежно від того, чи працюєте ви з потоковим передаванням з API, обробкою файлів, потоками даних у реальному часі чи запитами до бази даних, асинхронні ітератори можуть допомогти вам створювати більш ефективні та масштабовані застосунки.

Розуміючи ключові концепції асинхронних ітераторів та асинхронних генераторів, а також використовуючи цикл for await...of, ви зможете розкрити потужність асинхронної обробки потоків у ваших проєктах на JavaScript.

Розгляньте можливість вивчення бібліотек, таких як it-tools (https://www.npmjs.com/package/it-tools), для колекції допоміжних функцій для роботи з асинхронними ітераторами.

Подальше дослідження

• MDN Web Docs: for await...of
• TC39 Proposal: Async Iteration