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Node 学习七、核心模块 stream之 03 背压机制、模拟 pipe 背压机制、模拟文件可读流

银河证劵 • 2022-12-15 • 随笔 • 阅读 21

Node 学习七、核心模块 stream之 03 背压机制、模拟 pipe 背压机制、模拟文件可读流,第1张

Node 学习七、核心模块 stream之 03 背压机制、模拟 pipe 背压机制、模拟文件可读流 背压机制

Node.js 的 steam 已经实现了可以保证数据平滑流动的背压机制。

通过 drain 事件和 highWaterMark 可以很好的控制数据写入速度和控制内存消耗。

pipe 方法实现了这个背压机制。

数据读写时可能存在的问题

下面示例是将 A 文件内容拷贝到 B 文件中。

const fs = require('fs')

const rs = fs.createReadStream('A.txt')
const ws = fs.createWriteStream('B.txt')

rs.on('data', chunk => {
  ws.write(chunk)
})

需要注意的是，数据从磁盘中读取出来速度，远远大于数据写入磁盘的速度，也就是消费者的速度往往跟不上生产者的速度。

这样就会出现产能过剩。

而 Writeable 的内部又维护了一个队列，在它不能实时的去消费由上游传输的数据时，它就会尝试把当前不能消化的数据先缓存到队列中。

但是队列的内存大小设置了上限，因此读写的过程中如果不实现一个背压机制，很可能会出现内存溢出、GC频繁调用、其它进程变慢的场景。

基于这种场景，就需要提供一种可以让数据生产者和消费者之间平滑流动的机制，这就是背压机制。

数据读取流程

数据的读取 *** 作分为三个部分：

  1. 底层数据
  2. 缓冲区：缓存读取的数据。Readable 默认空间上限是16KB，在文件可读流中为 64KB。一旦读取流的缓冲区大小达到 highWaterMark 就会暂停从底层数据源读取数据，直到缓冲区的数据被消费。
  3. 消费者：通过主动调用 read 方法或监听 data 事件来消费数据

数据读取分为两种模式：

  • 流动模式
  • 暂停模式（默认）

从消费者的视角来看，可读流就相当于一个水池，里面装满了要消费的数据。

但是池子外部有一个水龙头开关，如果处于流动模式，就相当于一直放水，直到放完位置。

如果在这个过程中，用水的人跟不上放水的速度，不可能拿着1升的杯子去接10升的水。

所以这时用水的人在受不了的情况下，就要想办法告诉可读流要停一停，等自己先消化一下。

此时可读流就可以去调用 pause 方法将流动模式切换为暂停模式，放水的阀门就会被关闭。

现在用水的人就可以先慢慢消化之前缓冲的水资源，等到都消费完之后，就可以告诉可读流可以继续放水了。

数据写入流程

数据的写入 *** 作分为三个部分：

  1. 生产者
  2. 缓存区
  3. 底层资源

数据从上游的生产者传递过来，然后可写流调用 write() 方法消费数据。

在可写流内部同样也有一片内存空间作为缓存队列，同样具有水位线（highWaterMark）。

如果某个时刻缓冲区的数据超过了水位线，就说明当前无法再消费更多的水资源。

此时 write() 方法调用后就会返回 false 给上游的生产者，让他暂停放水，等可写流将缓存的数据消费完，就会再触发 drain 事件通知上游的生产者可以继续放水了。

此时可读流就可以调用 resume 方法再次打开阀门。

如此往复就可以保证数据的平滑流动，既不会出现内存被撑爆的情况，也不会存在某一时刻无水可用。

这就是 pipe() 方法内部的实现原理。

模拟 pipe 中的背压机制

实际应用中很少自定义背压机制，除非要对每个获取的数据进行单独的处理。一般情况下使用 pipe 即可。模拟背压机制是为了更好的理解它的原理。

const fs = require('fs')

const rs = fs.createReadStream('test.txt', {
  highWaterMark: 3
})

const ws = fs.createWriteStream('test1.txt', {
  highWaterMark: 1
})

let flag = true

rs.on('data', chunk => {
  flag = ws.write(chunk, () => {
    console.log('ok')
  })

  if (!flag) {
    rs.pause()
  }
})

ws.on('drain', () => {
  rs.resume()
})

使用 pipe 方法的话就相当于：

const fs = require('fs')

const rs = fs.createReadStream('test.txt', {
  highWaterMark: 3
})

const ws = fs.createWriteStream('test1.txt', {
  highWaterMark: 1
})

rs.pipe(ws)
模拟文件可读流

参考原生文件可读流的使用，实现自定义可读流，以理解数据生产的流程以及文件可读流的一些原理。

创建可读流和文件打开 
const fs = require('fs')
const EventEmitter = require('events')

class MyFileReadStream extends EventEmitter {
  constructor(path, options = {}) {
    super()
    this.fd = null
    this.path = path
    this.flags = options.flags || 'r' // 文件打开模式，默认可读模式
    this.mode = options.mode || 438 // 权限位，默认438 （wr权限）
    this.autoClose = options.autoClose || true // 读取完是否自动关闭文件
    this.start = options.start || 0 // 读取的起始位置
    this.end = options.end // 读取的结束位置
    this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024 // 缓存区的水位线（B）

    this.open()
  }

  open() {
    // 原生 open 方法打开指定位置上的文件
    fs.open(this.path, this.flags, this.mode, (err, fd) => {
      if (err) {
        return this.emit('error', err)
      }

      this.fd = fd
      this.emit('open', fd)
    })
  }
}

const rs = new MyFileReadStream('test.txt')

rs.on('open', fd => {
  console.log('open', fd)
})

rs.on('error', err => {
  console.log('error', err)
})
读取数据和关闭文件 
const fs = require('fs')
const EventEmitter = require('events')

class MyFileReadStream extends EventEmitter {
  constructor(path, options = {}) {
    super()
    this.fd = null
    this.path = path
    this.flags = options.flags || 'r' // 文件打开模式，默认可读模式
    this.mode = options.mode || 438 // 权限位，默认438 （wr权限）
    this.autoClose = options.autoClose || true // 读取完是否自动关闭文件
    this.start = options.start || 0 // 读取的起始位置
    this.end = options.end // 读取的结束位置
    this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024 // 缓存区的水位线（B）
    this.readOffset = 0 // 每次读取的起始位置

    this.open()

    // 注册事件触发事件
    this.on('newListener', type => {
      if (type === 'data') {
        this.read()
      }
    })
  }

  open() {
    // 原生 open 方法打开指定位置上的文件
    fs.open(this.path, this.flags, this.mode, (err, fd) => {
      if (err) {
        return this.emit('error', err)
      }

      this.fd = fd
      this.emit('open', fd)
    })
  }

  read() {
    // 注册 data 事件是同步代码，
    // 注册 data 事件的时机可能早于 fs.open 的回调，此时 fd 还未赋值
    if (typeof this.fd !== 'number') {
      return this.once('open', this.read)
    }

    // 申请指定大小的缓存空间
    const buf = Buffer.alloc(this.highWaterMark)

    // 原生 read 方法读取文件数据
    fs.read(this.fd, buf, 0, this.highWaterMark, this.readOffset, (err, readBytes) => {
      if (readBytes) {
        // 更新偏移量
        this.readOffset += readBytes
        // 触发 data 事件
        this.emit('data', buf.slice(0, readBytes))
        // 继续读取
        this.read()
      } else {
        // 没有数据可读

        // 先触发 end 再触发 close
        this.emit('end')
        if (this.autoClose) {
          this.close()
        }
      }
    })
  }

  close() {
    fs.close(this.fd, () => {
      this.emit('close')
    })
  }
}

const rs = new MyFileReadStream('test.txt')

// rs.on('open', fd => {
//   console.log('open', fd)
// })

// rs.on('error', err => {
//   console.log('error', err)
// })

// 与原生 fs 一样，如果不绑定 data 事件就不会触发 end 和 close 事件
rs.on('end', () => {
  console.log('end')
})

rs.on('close', () => {
  console.log('close')
})

rs.on('data', chunk => {
  console.log(chunk)
})
控制每次读取的数据量 
const fs = require('fs')
const EventEmitter = require('events')

class MyFileReadStream extends EventEmitter {
  constructor(path, options = {}) {
    super()
    this.fd = null
    this.path = path
    this.flags = options.flags || 'r' // 文件打开模式，默认可读模式
    this.mode = options.mode || 438 // 权限位，默认438 （wr权限）
    this.autoClose = options.autoClose || true // 读取完是否自动关闭文件
    this.start = options.start || 0 // 读取的起始位置
    this.end = options.end // 读取的结束位置(包含结束位置的数据)
    this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024 // 缓存区的水位线（B）
    this.readOffset = 0 // 每次读取的起始位置

    this.open()

    // 注册事件触发事件
    this.on('newListener', type => {
      if (type === 'data') {
        this.read()
      }
    })
  }

  open() {
    // 原生 open 方法打开指定位置上的文件
    fs.open(this.path, this.flags, this.mode, (err, fd) => {
      if (err) {
        return this.emit('error', err)
      }

      this.fd = fd
      this.emit('open', fd)
    })
  }

  read() {
    // 注册 data 事件是同步代码，
    // 注册 data 事件的时机可能早于 fs.open 的回调，此时 fd 还未赋值
    if (typeof this.fd !== 'number') {
      return this.once('open', this.read)
    }

    // 申请指定大小的缓存空间
    const buf = Buffer.alloc(this.highWaterMark)

    // 要读取的数据量
    const howMuchToRead = this.end ? Math.min(this.end - this.readOffset + 1, this.highWaterMark) : this.highWaterMark

    // 原生 read 方法读取文件数据
    fs.read(this.fd, buf, 0, howMuchToRead, this.readOffset, (err, readBytes) => {
      console.log(readBytes)
      if (readBytes) {
        // 更新偏移量
        this.readOffset += readBytes
        // 触发 data 事件
        this.emit('data', buf.slice(0, readBytes))
        // 继续读取
        this.read()
      } else {
        // 没有数据可读

        // 先触发 end 再触发 close
        this.emit('end')
        if (this.autoClose) {
          this.close()
        }
      }
    })
  }

  close() {
    fs.close(this.fd, () => {
      this.emit('close')
    })
  }
}

const rs = new MyFileReadStream('test.txt', {
  highWaterMark: 3,
  end: 7
})

// rs.on('open', fd => {
//   console.log('open', fd)
// })

// rs.on('error', err => {
//   console.log('error', err)
// })

// 与原生 fs 一样，如果不绑定 data 事件就不会触发 end 和 close 事件
// rs.on('end', () => {
//   console.log('end')
// })

// rs.on('close', () => {
//   console.log('close')
// })

rs.on('data', chunk => {
  console.log(chunk)
})
可读流解决的问题

如果使用 fs 的文件读写 API 实现文件复制就会出现下面的嵌套：

fs.open('A.txt', (err, readFd) => {
  fs.open('B.txt', (err, writeFd) => {
    // 需要管理缓存、读取位置、长度等参数
    fs.read(readFd, ..., chunk => {
      fs.write(writeFd, chunk, () => {})

      // 循环读取
      next()
    })
  })
})

流 *** 作优雅的代替了这种嵌套。

欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/zaji/5605543.html

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