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Node可读流的实现

前言

断断续续的学习node,今天整理下自己对流的学习过程,希望我的整理可以对正在阅读的你有所帮助

stream的概念

流(stream)是 Node.js 中处理流式数据的抽象接口。 stream 模块用于构建实现了流接口的对象。

stream的作用

读写大文件的过程中,不会一次性的读写到内存中。可以控制每次读写的个数

stream的分类

  1. 可读流-Readable
  • 例:fs.createReadStream;
  • 源码位置:lib/_stream_readable.js
  1. 可写流-Writable
  • 例:fs.createWriteStream;
  • 源码位置:lib/_stream_writable.js
  1. 双工流-Duplex:满足读写的功能
  • 例:net.Socket();
  • 源码位置:lib/_stream_duplex.js
  1. 转化流-Transform:用途:压缩,转码
  • 例:
const { Transform } = require('stream');
Transform.call(this, '要转换的数据');//具体的使用详情 见node官网
复制代码

-源码位置:lib/_stream_tranform.js

可读流读取文件的过程

  • 读取文件代码过程
const path = require("path");
const aPath = path.join(__dirname, "a.txt");//需要读取的文件
const fs = require("fs");
let rs = fs.createReadStream(aPath, {
  flags: "r",
  encoding: null,//默认编码格式是buffer,深挖buffer又要学习字符编码,留个坑 到时候写一个编码规范的学习整理
  autoClose: true,//相当于需要调用close方法,如果为false  文件读取end的时候 就不会执行 close
  start: 0,
  highWaterMark: 3,//每次读取的个数 默认是64*1024个字节
});

rs.on("open", function (fd) {
  // fd  number类型
  console.log("fd", fd);
});
// 他会监听用户,绑定了data事件,就会触发对应的回调,不停的触发
rs.on("data", function (chunk) {
//这里会打印的是ascII 值 ,所以可以toString查看详情自己看得懂的样子
  console.log({ chunk }, "chunk.toString", chunk.toString()); 
  //如果想每一段事件 读一点 可以用rs.pause() 做暂停,然后计时器 里rs.resume()再次触发data事件
  rs.pause();//暂停读取
});
rs.on("close", function () {
  //当文件读取完毕后 会 触发 end事件
  console.log("close");
});
setInterval(() => {
  rs.resume(); //再次触发data,直到读完数据为止
}, 1000);
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  • 题外话:想说下 文件流和普通可读流的区别
  1. open 和close是文件流独有,支持open和close便是文件流

2.可读流都具备 (on('data'),on('end'),on('error'),resume,pause;所以只要支持这些方法就是可读流

可写流写入文件的过程

  • 写入文件代码过程
const fs = require("fs");
const path = require("path");
const bPath = path.join(__dirname, "b.txt");
let ws = fs.createWriteStream(bPath, {
//参数和可读流的类似
  flags: "w",
  encoding: "utf-8",
  autoClose: true,
  start: 0,
  highWaterMark: 3,
});
ws.on("open", function (fd) {
  console.log("open", fd);
});
ws.on("close", function () {
  console.log("close");
});

//write的参数string 或者buffer,ws.write 还有一个boolea的返回值表示是真实写入文件还是放入缓存中
ws.write("1");
let flag = ws.write("1");
console.log({ flag });//true
flag = ws.write("1");
console.log({ flag });//true
flag = ws.write("1");
console.log({ flag });//false
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双工流的写入和读取过程

  • 写一个本地服务 做例子
  1. server(服务器代码)实现
const net = require("net"); //net 模块是 node自己封装的tcp层
//socket 就是双工流 能读能写  http源码就是用net模块写的 基于tcp
const server = net.createServer(function (socket) {
  socket.on("data", function (data) {//监听客户端发来的消息
    console.log(data.toString)
    socket.write("server:hello");//写入server:hello
  });
  socket.on("end", function () {
    console.log("客户端关闭");
  });
});
server.on("err", function (err) {
  console.log(err);
});
server.listen(8080);//服务端监听8080端口 
复制代码

2.client(客户端) 实现

const net = require("net"); //net 模块是 node自己封装的tcp层
const socket = new net.Socket(); //
socket.connect(8080, "localhost"); //  表示链接服务器本地8080端口
socket.on("connect", function (data) {
  //和服务器建立链接后
  socket.write("connect server");
});
socket.on("data", function (data) {
  //监听数据,读取服务器传来的数据
  console.log(data.toString());
  socket.destroy()
});
socket.write('ok')
socket.on("error", function (err) {
  console.log(err);
});

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3.题外话 如果想看tcp的三次握手和四次挥手 可以 通过我上述代码 用wireshark(一个抓包工具)看实际过程

转化流 transform过程

转化流是双工流的一种, 允许实现输入,并在对数据执行某些操作后返回输出,两者有依赖关系

const stream = require('stream')
let c = 0;
const readable = stream.Readable({
  highWaterMark: 2,
  read: function () {
    let data = c < 26 ? Number(c++ + 97) : null;
    console.log('push', data);
    this.push( String.fromCharCode(data));
}
})

const transform = stream.Transform({
  highWaterMark: 2,
  transform: function (buf, enc, next) {
    console.log('transform', buf.toString());
    next(null, buf);
  }
})

readable.pipe(transform);
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  • 打印结果

image.png

可读流的实现

跟着断点先了解 可读流的调用过程

就前面可读流文件的读取过程的代码为例子 打断点

rs.on('open')

rs.on('open')为断点入口进入 image.png

  1. 通过Stream.prototype.on.call 继承Stream类

源文件位置:no dlib/_stream_readable.js(我是通过断点点到这里 直接找,我也没找到)

image.png

  • 再点进去 发现 Stream 是EventEmitter的子类 那么 可读流也可以支持发布订阅

image.png 2.监听的事件类型是否是data和readable任意一个 不是 继续 下一个事件的监听 image.png

rs.on('data')

image.png

  • data的部分做两件事

    1.判断flowing(默认值是null)不为false 就自动resume方法执行继续 文件读取(这里我的案例是rs.pause();手动将flowing 值为false了所以不会继续调用)

    2.那如果我没有调用rs.pause() 会继续调用resume 看看resume里做了什么

image.png 2.1 最终调用了 stream.read()继续读取文件;直到文件读取结束依次去emit end 和close事件

  小结:所以data默认是会不断的读取文件直到文件读取完毕 ,如果想要文件读取变可控可以和我一样用rs.pause()
复制代码

自己实现

实现思路

继承EventEmitter发布订阅管理我们的事件

const fs = require("fs");
const EventEmitter = require("events");
class ReadStream extends EventEmitter {

}
module.exports = ReadStream;
复制代码

数据初始化

constructor(path, options = {}) {
    super();
    //参考fs 写实例需要用到的参数
    this.path = path;
    this.flags = options.flags || "r";
    this.encoding - options.encoding || null;//默认编码格式是buffer
    this.autoClose = options.autoClose || true;//相当于需要调用close方法,如果为false  文件读取end的时候 就不会执行 close
    this.start = options.start || 0;//数据读取的开始位置
    this.end = options.end;
    this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024;//默认一次读取64个字节的数据 
    this.offset = this.start;//fs.read的偏移量
    this.fd = undefined; //初始化fd 用于 open成功后的fd做赋值  供 read里使用
    this.flowing = false;//实现pause和resume备用,设置flag,当监听到data事件的时候 改 flowing为true,
    this.open(); //初始化的时候就要调用open
    this.on("readStreamListener", function (type) {
      // console.log(type)//这里打印就能看到 实例上所有 通过on 绑定的事件名称
      if (type === "data") {
      //监听到data事件的时候 改 flowing为true
        this.flowing = true;
        this.read();
      }
    });
    }
复制代码

文件读取方法read,pause,resume,open和destroy的实现

open()

 open() {
 // 调用fs.open 读取目标文件 
    fs.open(this.path, this.flags, (err, fd) => { 
      this.fd = fd; //赋值一个fd 供后面的 read()方式使用,文件读取成功,fd是返回一个数字
      this.emit("open", fd);
    });
复制代码

read()

 read() {
   // console.log("一开始read里的", this.fd); //但是这样依旧拿不到 open后的fd,用 发布订阅 通过on来获取 绑定的事件type
    //这里要做一个容错处理 ,因为open是异步读取文件,read里无法马上拿到open结果
  if (typeof this.fd !== "number") {
      //订阅open,给绑定一个回调事件read 直到this.fd有值
      return this.once("open", () => this.read());
    }
 }
  //fd打开后 调用fs.read
  //实例上的start值是未知number,存在实际剩余的可读的文件大小<highWaterMar的情况 ,用howMuchToRead 替换highWaterMark 去做fs.read的每次读取buffer的大小
    let howMuchToRead = this.end
      ? Math.min(this.end - this.offset + 1, this.highWaterMark)
      : this.highWaterMark;
  //定义一个用户 传进来的highWaterMark 大小的buffer对象
    const buffer = Buffer.alloc(this.highWaterMark);
       //读取文件中的内容fd给buffer 从0位置开始,每次读取howMuchToRead个。插入数据,同时更新偏移量
    fs.read(
      this.fd,
      buffer,
      0,
      howMuchToRead,
      this.offset,
      (err, bytesRead) => {
        if (bytesRead) {
          // 每读完一次,偏移量=已经读到的数量
          this.offset += bytesRead;
          this.emit("data", buffer.slice(0, bytesRead));
          //写到这里实例上的data 已经可以打印出数据了 但是 继续读取 调用this.read() 直到bytesRead不存在 说明数据读取完毕了 走else
          //回调 this.read();时候判断 this.flowing 是否为true
          //pause调用后this.flowing将为false
          if (this.flowing) {
            this.read();
          }
        } else {
          // 执行到这 bytesRead不存在说明  文件数据读取完毕了已经 触发end
          this.emit("end");//emit 实例上绑定的end事件
          //destroy 还没写到 稍等 马上后面就实现...
          this.destroy();
        }
      }
    );
复制代码

resume()

文件读取不去data事件,会触发对应的回调,不停的触发 所以想要变可控可以手动调用 resume()& pause()

  • pause的实现,调用的时候设置 this.flowing=false,打断 read()
  pause() {
    this.flowing = false;
  }
复制代码

pause()

  • pause 打断 read()多次读取,可以使用resume 打开 this.flowing=true 并调用read
resume() {
    if (!this.flowing) {
      this.flowing = true;
      this.read();
    }
  }
复制代码

destroy()

  • 文件open不成功时候抛错时调用
  • 文件读取完毕后&&this.autoClose===true ,read()里文件读取end的时候 就执行close
  destroy(err) {
    if (err) {
      this.emit("error");
    }
    // 把close放destroy里 并 在read里调用
    if (this.autoClose) {
      fs.close(this.fd, () => {
        this.emit("close");
      });
    }
  }
复制代码

完整代码

  • 实现代码
/**
 *实现简单的可读流
 */

const fs = require("fs");
const EventEmitter = require("events");
class ReadStream extends EventEmitter {
  constructor(path, options = {}) {
    super();
    //参考fs 写实例需要用到的参数
    this.path = path;
    this.flags = options.flags || "r";
    this.encoding - options.encoding || null;
    this.autoClose = options.autoClose || true;
    this.start = options.start || 0;
    this.end = options.end;
    this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024;
    this.fd = undefined;
    this.offset = this.start;
    this.flowing = false;
    this.open(); 
    this.on("newListener", function (type) {
      if (type === "data") {
        this.flowing = true;
        this.read();
      }
    });
  }
  destroy(err) {
    if (err) {
      this.emit("error");
    }
    if (this.autoClose) {
      fs.close(this.fd, () => {
        this.emit("close");
      });
    }
  }
  open() {
    fs.open(this.path, this.flags, (err, fd) => {
      if (err) {
        return this.destroy(err);
      }
      this.fd = fd;
      this.emit("open", fd);
    });
  }
  resume() {
    if (!this.flowing) {
      this.flowing = true;
      this.read();
    }
  }
  pause() {
    this.flowing = false;
  }

  read() {
    if (typeof this.fd !== "number") {
      return this.once("open", () => this.read());
    }
    let howMuchToRead = this.end
      ? Math.min(this.end - this.offset + 1, this.highWaterMark)
      : this.highWaterMark;
    const buffer = Buffer.alloc(this.highWaterMark);
    fs.read(
      this.fd,
      buffer,
      0,
      howMuchToRead,
      this.offset,
      (err, bytesRead) => {
        if (bytesRead) {
          this.offset += bytesRead;
          this.emit("data", buffer.slice(0, bytesRead));
          if (this.flowing) {
            this.read();
          }
        } else {
          this.emit("end");
          this.destroy();
        }
      }
    );
  }
}

module.exports = ReadStream;
复制代码
  • 调用代码
const ReadStream = require("./initReadStream");
let rs = new ReadStream(aPath, {
  flags: "r",
  encoding: null, //默认编码格式是buffer
  autoClose: true, //相当于需要调用close方法,如果为false  文件读取end的时候 就不会执行 close
  start: 0,
  highWaterMark: 3, //每次读取的个数 默认是64*1024个字节
});
复制代码

可写流的实现--点我

pipe的实现--点我

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