浅谈Node.js：理解stream(node.js底层原理)

发布时间：2024-02-27

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Stream在node.js中是一个抽象的接口，基于EventEmitter，也是一种Buffer的高级封装，用来处理流数据。流模块便是提供各种API让我们可以很简单的使用Stream。

流分为四种类型，如下所示：

Readable，可读流 Writable，可写流 Duplex，读写流 Transform，扩展的Duplex，可修改写入的数据

1、Readable可读流

通过stream.Readable可创建一个可读流，它有两种模式：暂停和流动。

在流动模式下，将自动从下游系统读取数据并使用data事件输出；暂停模式下，必须显示调用stream.read()方法读取数据，并触发data事件。

所有的可读流最开始都是暂停模式，可以通过以下方法切换到流动模式：

监听'data'事件调用stream.resume()方法调用stream.pipe()方法将数据输出到一个可写流Writable

同样地，也可以切换到暂停模式，有两种方法：

如果没有设置pipe目标，调用stream.pause()方法即可。如果设置了pipe目标，则需要移除所有的data监听和调用stream.unpipe()方法

在Readable对象中有一个_readableSate的对象，通过该对象可以得知流当前处于什么模式，如下所示：

readable._readableState.flowing = null，没有数据消费者，流不产生数据 readable._readableState.flowing = true，处于流动模式 readable._readableState.flowing = false，处于暂停模式

为什么使用流取数据

对于小文件，使用fs.readFile()方法读取数据更方便，但需要读取大文件的时候，比如几G大小的文件，使用该方法将消耗大量的内存，甚至使程序崩溃。这种情况下，使用流来处理是更合适的，采用分段读取，便不会造成内存的'爆仓'问题。

data事件

在stream提供数据块给消费者时触发，有可能是切换到流动模式的时候，也有可能是调用readable.read()方法且有有效数据块的时候，使用如下所示：

readable事件

当流中有可用数据能被读取时触发，分为两种，新的可用的数据和到达流的末尾，前者stream.read()方法返回可用数据，后者返回null，如下所示：

pause和resume方法

stream.pause()方法让流进入暂停模式，并停止'data'事件触发，stream.resume()方法使流进入流动模式，并恢复'data'事件触发，也可以用来消费所有数据，如下所示：

pipe(destination[, options])方法

pipe()方法绑定一个可写流到可读流上，并自动切换到流动模式，将所有数据输出到可写流，以及做好了数据流的管理，不会发生数据丢失的问题，使用如下所示：

以上介绍了多种可读流的数据消费的方法，但对于一个可读流，最好只选择其中的一种，推荐使用pipe()方法。

2、Writable可写流

所有的可写流都是基于stream.Writable类创建的，创建之后便可将数据写入该流中。

write(chunk[, encoding][, callback])方法

write()方法向可写流中写入数据，参数含义：

chunk，字符串或buffer encoding，若chunk为字符串，则是chunk的编码 callback，当前chunk数据写入磁盘时的回调函数

该方法的返回值为布尔值，如果为false，则表示需要写入的数据块被缓存并且此时缓存的大小超出highWaterMark阀值，否则为true。

使用如下所示：

背压机制

如果可写流的写入速度跟不上可读流的读取速度，write方法添加的数据将被缓存，逐渐增多，导致占用大量内存。我们希望的是消耗一个数据，再去读取一个数据，这样内存就维持在一个水平上。如何做到这一点？可以利用write方法的返回值来判断可写流的缓存状态和'drain'事件，及时切换可读流的模式，如下所示：

drain事件

如果Writable.write()方法返回false，则drain事件将会被触发，上面的背压机制已经使用了该事件。

finish事件

在调用stream.end()方法之后且所有缓存区的数据都被写入到下游系统，就会触发该事件，如下所示：

end([chunk][, encoding][, callback])方法

end()方法被调用之后，便不能再调用stream.write()方法写入数据，负责将抛出错误。

3、Duplex读写流

Duplex流同时实现了Readable与Writable类的接口，既是可读流，也是可写流。例如'zlib streams'、'crypto streams'、'TCP sockets'等都是Duplex流。

4、Transform流

Duplex流的扩展，区别在于，Transform流自动将写入端的数据变换后添加到可读端。例如：'zlib streams'、'crypto streams'等都是Transform流。

5、四种流的实现

stream模块提供的API可以让我们很简单的实现流，该模块使用require('stream')引用，我们只要继承四种流中的一个基类(stream.Writable, stream.Readable, stream.Duplex, or stream.Transform)，然后实现它的接口就可以了，需要实现的接口如下所示：

| Use-case | Class | Method(s) to implement | | ------------- |-------------| -----| | Reading only | Readable | _read | | Writing only | Writable | _write, _writev | | Reading and writing | Duplex | _read, _write, _writev | | Operate on written data, then read the result | Transform | _transform, _flush |

Readable流实现

如上所示，我们只要继承Readable类并实现_read接口即可，，如下所示：

以上代码使用了四种方法创建一个Readable可读流，必须实现_read()方法，以及用到了readable.push()方法，该方法的作用是将指定的数据添加到读取队列。

Writable流实现

我们只要继承Writable类并实现_write或_writev接口，如下所示(只使用两种方法)：

Duplex流实现

实现Duplex流，需要继承Duplex类，并实现_read和_write接口，如下所示：

上面的代码实现了_read()方法，可作为可读流来使用，同时实现了_write()方法，又可作为可写流来使用。

Transform流实现

实现Transform流，需要继承Transform类，并实现_transform接口，如下所示：

上面代码中的_transform()方法，其第一个参数，要么为error，要么为null，第二个参数将被自动转发给readable.push()方法，因此该方法也可以使用如下写法：

Object Mode流实现