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流模块基础

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2023-12-01

流模块基础

在node中，一共有五种类型的流：readable,writable,transform,duplex以及”classic”

pipe

无论哪一种流，都会使用.pipe()方法来实现输入和输出。

.pipe()函数很简单，它仅仅是接受一个源头src并将数据输出到一个可写的流dst中：

  1. src.pipe(dst)

.pipe(dst)将会返回dst因此你可以链式调用多个流:

  1. a.pipe(b).pipe(c).pipe(d)

上面的代码也可以等价为：

  1. a.pipe(b);
  2. b.pipe(c);
  3. c.pipe(d);

这和你在unix中编写流代码很类似：

  1. a | b | c | d

只不过此时你是在node中编写而不是在shell中！

readable流

Readable流可以产出数据，你可以将这些数据传送到一个writable，transform或者duplex流中，只需要调用pipe()方法:

  1. readableStream.pipe(dst)

创建一个readable流

现在我们就来创建一个readable流！

  1. var Readable = require('stream').Readable;
  3. var rs = new Readable;
  4. rs.push('beep ');
  5. rs.push('boop\n');
  6. rs.push(null);
  8. rs.pipe(process.stdout);

下面运行代码：

  1. $ node read0.js
  2. beep boop

在上面的代码中rs.push(null)的作用是告诉rs输出数据应该结束了。

需要注意的一点是我们在将数据输出到process.stdout之前已经将内容推送进readable流rs中，但是所有的数据依然是可写的。

这是因为在你使用.push()将数据推进一个readable流中时，一直要到另一个东西来消耗数据之前，数据都会存在一个缓存中。

然而，在更多的情况下，我们想要的是当需要数据时数据才会产生，以此来避免大量的缓存数据。

我们可以通过定义一个._read函数来实现按需推送数据:

  1. var Readable = require('stream').Readable;
  2. var rs = Readable();
  4. var c = 97;
  5. rs._read = function () {
  6.     rs.push(String.fromCharCode(c++));
  7.     if (c > 'z'.charCodeAt(0)) rs.push(null);
  8. };
  10. rs.pipe(process.stdout);

代码的运行结果如下所示:

  1. $ node read1.js
  2. abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

在这里我们将字母a到z推进了rs中，但是只有当数据消耗者出现时，数据才会真正实现推送。

_read函数也可以获取一个size参数来指明消耗者想要读取多少比特的数据，但是这个参数是可选的。

需要注意到的是你可以使用util.inherit()来继承一个Readable流。

为了说明只有在数据消耗者出现时，_read函数才会被调用，我们可以将上面的代码简单的修改一下：

  1. var Readable = require('stream').Readable;
  2. var rs = Readable();
  4. var c = 97 - 1;
  6. rs._read = function () {
  7.     if (c >= 'z'.charCodeAt(0)) return rs.push(null);
  9.     setTimeout(function () {
  10.         rs.push(String.fromCharCode(++c));
  11.     }, 100);
  12. };
  14. rs.pipe(process.stdout);
  16. process.on('exit', function () {
  17.     console.error('\n_read() called ' + (c - 97) + ' times');
  18. });
  19. process.stdout.on('error', process.exit);

运行上面的代码我们可以发现如果我们只请求5比特的数据，那幺_read只会运行5次：

  1. $ node read2.js | head -c5
  2. abcde
  3. _read() called 5 times

在上面的代码中，setTimeout很重要，因为操作系统需要花费一些时间来发送程序结束信号。

另外,process.stdout.on('error',fn)处理器也很重要，因为当head不再关心我们的程序输出时，操作系统将会向我们的进程发送一个SIGPIPE信号，此时process.stdout将会捕获到一个EPIPE错误。

上面这些复杂的部分在和操作系统相关的交互中是必要的，但是如果你直接和node中的流交互的话，则可有可无。

如果你创建了一个readable流，并且想要将任何的值推送到其中的话，确保你在创建流的时候指定了objectMode参数,Readable({ objectMode: true })。

消耗一个readable流

大部分时候，将一个readable流直接pipe到另一种类型的流或者使用through或者concat-stream创建的流中，是一件很容易的事情。但是有时我们也会需要直接来消耗一个readable流。

  1. process.stdin.on('readable', function () {
  2.     var buf = process.stdin.read();
  3.     console.dir(buf);
  4. });

代码运行结果如下所示：

  1. $ (echo abc; sleep 1; echo def; sleep 1; echo ghi) | node consume0.js 
  2. <Buffer 61 62 63 0a>
  3. <Buffer 64 65 66 0a>
  4. <Buffer 67 68 69 0a>
  5. null

当数据可用时，readable事件将会被触发，此时你可以调用.read()方法来从缓存中获取这些数据。

当流结束时，.read()将返回null，因为此时已经没有更多的字节可以供我们获取了。

你也可以告诉.read()方法来返回n个字节的数据。虽然所有核心对象中的流都支持这种方式，但是对于对象流来说这种方法并不可用。

下面是一个例子，在这里我们制定每次读取3个字节的数据：

  1. process.stdin.on('readable', function () {
  2.     var buf = process.stdin.read(3);
  3.     console.dir(buf);
  4. });

运行上面的例子，我们将获取到不完整的数据:

  1. $ (echo abc; sleep 1; echo def; sleep 1; echo ghi) | node consume1.js 
  2. <Buffer 61 62 63>
  3. <Buffer 0a 64 65>
  4. <Buffer 66 0a 67>

这是因为多余的数据都留在了内部的缓存中，因此这个时候我们需要告诉node我们还对剩下的数据感兴趣，我们可以使用.read(0)来完成这件事：

  1. process.stdin.on('readable', function () {
  2.     var buf = process.stdin.read(3);
  3.     console.dir(buf);
  4.     process.stdin.read(0);
  5. });

到现在为止我们的代码和我们所期望的一样了！

  1. $ (echo abc; sleep 1; echo def; sleep 1; echo ghi) | node consume2.js 
  2. <Buffer 61 62 63>
  3. <Buffer 0a 64 65>
  4. <Buffer 66 0a 67>
  5. <Buffer 68 69 0a>

我们也可以使用.unshift()方法来放置多余的数据。

使用unshift()方法能够防止我们进行不必要的缓存拷贝。在下面的代码中我们将创建一个分割新行的可读解析器:

  1. var offset = 0;
  3. process.stdin.on('readable', function () {
  4.     var buf = process.stdin.read();
  5.     if (!buf) return;
  6.     for (; offset < buf.length; offset++) {
  7.         if (buf[offset] === 0x0a) {
  8.             console.dir(buf.slice(0, offset).toString());
  9.             buf = buf.slice(offset + 1);
  10.             offset = 0;
  11.             process.stdin.unshift(buf);
  12.             return;
  13.         }
  14.     }
  15.     process.stdin.unshift(buf);
  16. });

代码的运行结果如下所示：

  1. $ tail -n +50000 /usr/share/dict/american-english | head -n10 | node lines.js 
  2. 'hearties'
  3. 'heartiest'
  4. 'heartily'
  5. 'heartiness'
  6. 'heartiness\'s'
  7. 'heartland'
  8. 'heartland\'s'
  9. 'heartlands'
  10. 'heartless'
  11. 'heartlessly'

当然，已经有很多这样的模块比如split来帮助你完成这件事情，你完全不需要自己写一个。

writable流

一个writable流指的是只能流进不能流出的流:

  1. src.pipe(writableStream)

创建一个writable流

只需要定义一个._write(chunk,enc,next)函数，你就可以将一个readable流的数据释放到其中：

  1. var Writable = require('stream').Writable;
  2. var ws = Writable();
  3. ws._write = function (chunk, enc, next) {
  4.     console.dir(chunk);
  5.     next();
  6. };
  8. process.stdin.pipe(ws);

代码运行结果如下所示：

  1. $ (echo beep; sleep 1; echo boop) | node write0.js 
  2. <Buffer 62 65 65 70 0a>
  3. <Buffer 62 6f 6f 70 0a>

第一个参数，chunk代表写进来的数据。

第二个参数enc代表编码的字符串，但是只有在opts.decodeString为false的时候你才可以写一个字符串。

第三个参数，next(err)是一个回调函数，使用这个回调函数你可以告诉数据消耗者可以写更多的数据。你可以有选择性的传递一个错误对象error，这时会在流实体上触发一个emit事件。

在从一个readable流向一个writable流传数据的过程中，数据会自动被转换为Buffer对象，除非你在创建writable流的时候制定了decodeStrings参数为false,Writable({decodeStrings: false})。

如果你需要传递对象，需要指定objectMode参数为true，Writable({ objectMode: true })。

向一个writable流中写东西

如果你需要向一个writable流中写东西，只需要调用.write(data)即可。

  1. process.stdout.write('beep boop\n');

为了告诉一个writable流你已经写完毕了，只需要调用.end()方法。你也可以使用.end(data)在结束前再写一些数据。

  1. var fs = require('fs');
  2. var ws = fs.createWriteStream('message.txt');
  4. ws.write('beep ');
  6. setTimeout(function () {
  7.     ws.end('boop\n');
  8. }, 1000);

运行结果如下所示:

  1. $ node writing1.js 
  2. $ cat message.txt
  3. beep boop

如果你需要调整内部缓冲区大小，那幺需要在创建可写流对象时设置highWaterMark。在调用.write()方法返回false时，说明写入的数据大小超过了该值。

为了避免读写速率不匹配而造成内存上涨，可以监听drain事件，等待可写流内部缓存被清空再继续写入。

transform流

你可以将transform流想象成一个流的中间部分，它可以读也可写，但是并不保存数据，它只负责处理流经它的数据。

duplex流

Duplex流是一个可读也可写的流，就好像一个电话，可以接收也可以发送语音。一个rpc交换是一个duplex流的最好的例子。如果你看到过下面这样的代码：

  1. a.pipe(b).pipe(a)

那幺你需要处理的就是一个duplex流对象。

classic流

Classic流是一个古老的接口，最早出现在node 0.4中。虽然现在不怎幺用，但是我们最好还是来了解一下它的工作原理。

无论何时，只要一个流对象注册了一个data监听器，它就会自动的切换到classic模式，并且根据旧API的方式运行。

classic readable流

Classic readable流只是一个事件发射器，当有数据消耗者出现时发射emit事件，当输出数据完毕时发射end事件。

我们可以同构检查stream.readable来检查一个classic流对象是否可读。

下面是一个简单的readable流对象的例子，程序的运行结果将会输出A到J：

  1. var Stream = require('stream');
  2. var stream = new Stream;
  3. stream.readable = true;
  5. var c = 64;
  6. var iv = setInterval(function () {
  7.     if (++c >= 75) {
  8.         clearInterval(iv);
  9.         stream.emit('end');
  10.     }
  11.     else stream.emit('data', String.fromCharCode(c));
  12. }, 100);
  14. stream.pipe(process.stdout);

运行结果如下所示:

  1. $ node classic0.js
  2. ABCDEFGHIJ

为了从一个classic readable流中读取数据，你可以注册data和end监听器。下面是一个使用旧readable流方式从process.stdin中读取数据的例子:

  1. process.stdin.on('data', function (buf) {
  2.     console.log(buf);
  3. });
  4. process.stdin.on('end', function () {
  5.     console.log('__END__');
  6. });

运行结果如下所示:

  1. $ (echo beep; sleep 1; echo boop) | node classic1.js 
  2. <Buffer 62 65 65 70 0a>
  3. <Buffer 62 6f 6f 70 0a>
  4. __END__

需要注意的一点是当你在一个流对象上注册了一个data监听器，你就将这个流放在了兼容模式下，此时你不能使用两个stream2的api。

如果你自己创建流对象，永远不要绑定data和end监听器。如果你需要和旧版本的流兼容，最好使用第三方库来实现.pipe()方法。

例如，你可以使用through模块来避免显式的使用data和end监听器:

  1. var through = require('through');
  2. process.stdin.pipe(through(write, end));
  4. function write (buf) {
  5.     console.log(buf);
  6. }
  7. function end () {
  8.     console.log('__END__');
  9. }

程序运行结果如下所示:

  1. $ (echo beep; sleep 1; echo boop) | node through.js 
  2. <Buffer 62 65 65 70 0a>
  3. <Buffer 62 6f 6f 70 0a>
  4. __END__

你也可以使用concat-stream模块来将整个流的内容缓存起来:

  1. var concat = require('concat-stream');
  2. process.stdin.pipe(concat(function (body) {
  3.     console.log(JSON.parse(body));
  4. }));

程序运行结果如下所示:

  1. $ echo '{"beep":"boop"}' | node concat.js 
  2. { beep: 'boop' }

Classic readable流拥有.pause()和.resume()逻辑来暂停一个流，但是这都是可选的。如果你想要使用.pause()和.resume()方法，你应该使用through模块来帮助你处理缓存。

classic writable流

Classic writable流非常简单。其中只定义了.write(buf)，.end(buf)，以及.desctory()方法。其中.end(buf)的参数buf是可选参数，但是一般来说node程序员还是喜欢使用.end(buf)这种写法。

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