Node.js中如何解決“背壓”問題

Node.js中如何解決“背壓”問題，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

Node.js的4種stream是什么？什么是背壓問題？把一個東西從 A 搬到 B 該怎么搬呢？

抬起來，移動到目的地，放下不就行了么。

那如果這個東西有一噸重呢？

那就一部分一部分的搬。

其實 IO 也就是搬東西，包括網絡的 IO、文件的 IO，如果數據量少，那么直接傳送全部內容就行了，但如果內容特別多，一次性加載到內存會崩潰，而且速度也慢，這時候就可以一部分一部分的處理，這就是流的思想。

各種語言基本都實現了 stream 的 api，Node.js 也是，stream api 是比較常用的

流的直觀感受

從一個地方流到另一個地方，顯然有流出的一方和流入的一方，流出的一方就是可讀流(readable)，而流入的一方就是可寫流(writable)。

當然，也有的流既可以流入又可以流出，這種叫做雙工流（duplex）

既然可以流入又可以流出，那么是不是可以對流入的內容做下轉換再流出呢，這種流叫做轉換流（transform）

duplex 流的流入和流出內容不需要相關，而 transform 流的流入和流出是相關的，這是兩者的區別。

流的 api

Node.js 提供的 stream 就是上面介紹的那 4 種：

const stream = require('stream');

// 可讀流
const Readable = stream.Readable;
// 可寫流
const Writable = stream.Writable;
// 雙工流
const Duplex = stream.Duplex;
// 轉換流
const Transform = stream.Transform;

它們都有要實現的方法：

• Readable 需要實現 _read 方法來返回內容

• Writable 需要實現 _write 方法來接受內容

• Duplex 需要實現 _read 和 _write 方法來接受和返回內容

• Transform 需要實現 _transform 方法來把接受的內容轉換之后返回

我們分別來看一下：

Readable

Readable 要實現 _read 方法，通過 push 返回具體的數據。

const Stream = require('stream');
const readableStream = Stream.Readable();
readableStream._read = function() {
    this.push('阿門阿前一棵葡萄樹，');
    this.push('阿東阿東綠的剛發芽，');
    this.push('阿東背著那重重的的殼呀，');
    this.push('一步一步地往上爬。')
    this.push(null);
}
readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});
readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

當 push 一個 null 時，就代表結束流。

執行效果如下：

創建 Readable 也可以通過繼承的方式：

const Stream = require('stream');

class ReadableDong extends Stream.Readable {
    constructor() {
        super();
    }
    _read() {
        this.push('阿門阿前一棵葡萄樹，');
        this.push('阿東阿東綠的剛發芽，');
        this.push('阿東背著那重重的的殼呀，');
        this.push('一步一步地往上爬。')
        this.push(null);
    }
}

const readableStream = new ReadableDong();

readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});
readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

可讀流是生成內容的，那么很自然可以和生成器結合：

const Stream = require('stream');

class ReadableDong extends Stream.Readable {
    constructor(iterator) {
        super();
        this.iterator = iterator;
    }
    _read() {
        const next = this.iterator.next();
        if(next.done) {
            return this.push(null);
        } else {
            this.push(next.value)
        }
    }
}
function *songGenerator() {
    yield '阿門阿前一棵葡萄樹，';
    yield '阿東阿東綠的剛發芽，';
    yield '阿東背著那重重的的殼呀，';
    yield '一步一步地往上爬。';
}
const songIterator = songGenerator();
const readableStream = new ReadableDong(songIterator);
readableStream.on('data', (data)=> {
    console.log(data.toString())
});
readableStream.on('end', () => {
    console.log('done~');
});

這就是可讀流，通過實現 _read 方法來返回內容。

Writable

Writable 要實現 _write 方法，接收寫入的內容。

const Stream = require('stream');
const writableStream = Stream.Writable();
writableStream._write = function (data, enc, next) {
   console.log(data.toString());
   // 每秒寫一次
   setTimeout(() => {
       next();
   }, 1000);
}
writableStream.on('finish', () => console.log('done~'));
writableStream.write('阿門阿前一棵葡萄樹，');
writableStream.write('阿東阿東綠的剛發芽，');
writableStream.write('阿東背著那重重的的殼呀，');
writableStream.write('一步一步地往上爬。');
writableStream.end();

接收寫入的內容，打印出來，并且調用 next 來處理下一個寫入的內容，這里調用 next 是異步的，可以控制頻率。

跑了一下，確實可以正常的處理寫入的內容：

這就是可寫流，通過實現 _write 方法來處理寫入的內容。

Duplex

Duplex 是可讀可寫，同時實現 _read 和 _write 就可以了

const Stream = require('stream');
var duplexStream = Stream.Duplex();
duplexStream._read = function () {
    this.push('阿門阿前一棵葡萄樹，');
    this.push('阿東阿東綠的剛發芽，');
    this.push('阿東背著那重重的的殼呀，');
    this.push('一步一步地往上爬。')
    this.push(null);
}
duplexStream._write = function (data, enc, next) {
    console.log(data.toString());
    next();
}
duplexStream.on('data', data => console.log(data.toString()));
duplexStream.on('end', data => console.log('read done~'));
duplexStream.write('阿門阿前一棵葡萄樹，');
duplexStream.write('阿東阿東綠的剛發芽，');
duplexStream.write('阿東背著那重重的的殼呀，');
duplexStream.write('一步一步地往上爬。');
duplexStream.end();
duplexStream.on('finish', data => console.log('write done~'));

整合了 Readable 流和 Writable 流的功能，這就是雙工流 Duplex。

Transform

Duplex 流雖然可讀可寫，但是兩者之間沒啥關聯，而有的時候需要對流入的內容做轉換之后流出，這時候就需要轉換流 Transform。

Transform 流要實現 _transform 的 api，我們實現下對內容做反轉的轉換流：

const Stream = require('stream');
class TransformReverse extends Stream.Transform {
  constructor() {
    super()
  }
  _transform(buf, enc, next) {
    const res = buf.toString().split('').reverse().join('');
    this.push(res)
    next()
  }
}
var transformStream = new TransformReverse();
transformStream.on('data', data => console.log(data.toString()))
transformStream.on('end', data => console.log('read done~'));
transformStream.write('阿門阿前一棵葡萄樹');
transformStream.write('阿東阿東綠的剛發芽');
transformStream.write('阿東背著那重重的的殼呀');
transformStream.write('一步一步地往上爬');
transformStream.end()
transformStream.on('finish', data => console.log('write done~'));

跑了一下，效果如下：

流的暫停和流動

我們從 Readable 流中獲取內容，然后流入 Writable 流，兩邊分別做 _read 和 _write 的實現，就實現了流動。

背壓

但是 read 和 write 都是異步的，如果兩者速率不一致呢？

如果 Readable 讀入數據的速率大于 Writable 寫入速度的速率，這樣就會積累一些數據在緩沖區，如果緩沖的數據過多，就會爆掉，會丟失數據。

而如果 Readable 讀入數據的速率小于 Writable 寫入速度的速率呢？那沒關系，最多就是中間有段空閑時期。

這種讀入速率大于寫入速率的現象叫做“背壓”，或者“負壓”。也很好理解，寫入段壓力比較大，寫不進去了，會爆緩沖區，導致數據丟失。

這個緩沖區大小可以通過 readableHighWaterMark 和 writableHightWaterMark 來查看，是 16k。

解決背壓

怎么解決這種讀寫速率不一致的問題呢？

當沒寫完的時候，暫停讀就行了。這樣就不會讀入的數據越來越多，駐留在緩沖區。

readable stream 有個 readableFlowing 的屬性，代表是否自動讀入數據，默認為 true，也就是自動讀入數據，然后監聽 data 事件就可以拿到了。

當 readableFlowing 設置為 false 就不會自動讀了，需要手動通過 read 來讀入。

readableStream.readableFlowing = false;

let data;
while((data = readableStream.read()) != null) {
    console.log(data.toString());
}

但自己手動 read 比較麻煩，我們依然可以用自動流入的方式，調用 pause 和 resume 來暫停和恢復就行了。

當調用 writable stream 的 write 方法的時候會返回一個 boolean 值代表是寫入了目標還是放在了緩沖區：

• true: 數據已經寫入目標

• false：目標不可寫入，暫時放在緩沖區

我們可以判斷返回 false 的時候就 pause，然后等緩沖區清空了就 resume：

const rs = fs.createReadStream(src);
const ws = fs.createWriteStream(dst);
rs.on('data', function (chunk) {
    if (ws.write(chunk) === false) {
        rs.pause();
    }
});
rs.on('end', function () {
    ws.end();
});
ws.on('drain', function () {
    rs.resume();
});

這樣就能達到根據寫入速率暫停和恢復讀入速率的功能，解決了背壓問題。

pipe 有背壓問題么？

平時我們經常會用 pipe 來直接把 Readable 流對接到 Writable 流，但是好像也沒遇到過背壓問題，其實是 pipe 內部已經做了讀入速率的動態調節了。

const rs = fs.createReadStream(src);
const ws = fs.createWriteStream(dst);

rs.pipe(ws);

總結

流是傳輸數據時常見的思想，就是一部分一部分的傳輸內容，是文件讀寫、網絡通信的基礎概念。

Node.js 也提供了 stream 的 api，包括 Readable 可讀流、Writable 可寫流、Duplex 雙工流、Transform 轉換流。它們分別實現 _read、_write、_read + _write、_transform 方法，來做數據的返回和處理。

創建 Readable 對象既可以直接調用 Readable api 創建，然后重寫 _read 方法，也可以繼承 Readable 實現一個子類，之后實例化。其他流同理。（Readable 可以很容易的和 generator 結合）

當讀入的速率大于寫入速率的時候就會出現“背壓”現象，會爆緩沖區導致數據丟失，解決的方式是根據 write 的速率來動態 pause 和 resume 可讀流的速率。pipe 就沒有這個問題，因為內部做了處理。

流是掌握 IO 繞不過去的一個概念，而背壓問題也是流很常見的問題，遇到了數據丟失可以考慮是否發生了背壓。希望這篇文章能夠幫大家理清思路，真正掌握 stream！

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