node那點事(二) -- Writable streams（可寫流）、自定義流

白偉業發表於2018-04-10

可寫流（Writable Stream）

可寫流是對資料寫入'目的地'的一種抽象。

可寫流的原理其實與可讀流類似，當資料過來的時候會寫入快取池，當寫入的速度很慢或者寫入暫停時候，資料流便會進入到佇列池快取起來，當然即使快取池滿了，剩餘的資料也是存在記憶體

可寫流的簡單用法如下程式碼

let fs = require('fs');
let path = require('path');
let ws = fs.createWriteStream(path.join(__dirname,'1.txt'),{
    highWaterMark:3,
    autoClose:true,
    flags:'w',
    encoding:'utf8',
    mode:0o666,
    start:0,
}); 
let i = 9;
function write(){
    let flag = true;
    while(i>0&&flag){
        flag = ws.write(--i+'','utf8',()=>{console.log('ok')});
        console.log(flag)
    }
}
write();
// drain只有當快取區充滿後 並且被消費後觸發
ws.on('drain',function(){
    console.log('抽乾')
    write();
});
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實現原理

現在就讓我們來實現一個簡單的可寫流，來研究可寫流的內部原理,可寫流有很多方法與可讀流類似,這裡不在重複了首先要有一個建構函式來定義一些基本選項屬性，然後呼叫一個open放法開啟檔案，並且有一個destroy方法來處理關閉邏輯

let EventEmitter = require('events');
let fs = require('fs');

class WriteStream extends EventEmitter {
    constructor(path,options) {
        super();
        this.path = path;
        this.highWaterMark = options.highWaterMark || 16 * 1024;
        this.autoClose = options.autoClose || true;
        this.mode = options.mode;
        this.start = options.start || 0;
        this.flags = options.flags || 'w';
        this.encoding = options.encoding || 'utf8';

        // 可寫流 要有一個快取區，當正在寫入檔案是，內容要寫入到快取區中
        // 在原始碼中是一個連結串列 => []
        this.buffers = [];

        // 標識 是否正在寫入
        this.writing = false;

        // 是否滿足觸發drain事件
        this.needDrain = false;

        // 記錄寫入的位置
        this.pos = 0;

        // 記錄快取區的大小
        this.length = 0;
        this.open();
    }
    
    destroy() {
        if (typeof this.fd !== 'number') {
            return this.emit('close');
        }
        fs.close(this.fd, () => {
            this.emit('close')
        });
    }
    
    open() {
        fs.open(this.path, this.flags, this.mode, (err,fd) => {
            if (err) {
                this.emit('error', err);
                if (this.autoClose) {
                    this.destroy();
                }
                return;
            }
            this.fd = fd;
            this.emit('open');
        })
    }
}

module.exports = WriteStream;
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接著我們實現write方法來讓可寫流物件呼叫，在write方法中我們首先將資料轉化為buffer，接著實現一些事件的觸發條件的邏輯，如果現在沒有正在寫入的話我們就要真正的進行寫入操作了，這裡我們實現一個_write方法來實現寫入操作，否則則代表檔案正在寫入，那我們就將流傳來的資料先放在快取區中，保證寫入資料不會同時進行。

write(chunk,encoding=this.encoding,callback=()=>{}){
    chunk = Buffer.isBuffer(chunk)?chunk:Buffer.from(chunk,encoding);
    // write 返回一個boolean型別 
    this.length+=chunk.length; 
    let ret = this.length<this.highWaterMark; // 比較是否達到了快取區的大小
    this.needDrain = !ret; // 是否需要觸發needDrain
    // 判斷是否正在寫入 如果是正在寫入 就寫入到快取區中
    if(this.writing){
        this.buffers.push({
            encoding,
            chunk,
            callback
        }); // []
    }else{
        // 專門用來將內容 寫入到檔案內
        this.writing = true;
        this._write(chunk,encoding,()=>{
            callback();
            this.clearBuffer();
        }); // 8
    }
    return ret;
}

_write(chunk,encoding,callback){
    if(typeof this.fd !== 'number'){
        return this.once('open',()=>this._write(chunk,encoding,callback));
    }
    fs.write(this.fd,chunk,0,chunk.length,this.pos,(err,byteWritten)=>{
        this.length -= byteWritten;
        this.pos += byteWritten;
        
        callback(); // 清空快取區的內容
    });
}
    
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_write寫入之後的回撥中我們會呼叫傳入回撥函式clearBuffer，這個方法會去buffers中繼續遞迴地把資料取出，然後繼續呼叫_write方法去寫入，直到全部buffer中的資料取出後，這樣就清空了buffers。

clearBuffer(){
    let buffer = this.buffers.shift();
    if(buffer){
        this._write(buffer.chunk,buffer.encoding,()=>{
            buffer.callback();
            this.clearBuffer()
        });
    }else{
        this.writing = false;
        if(this.needDrain){ // 是否需要觸發drain 需要就發射drain事件
            this.needDrain = false;
            this.emit('drain');
        }
    }
}
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最後附上完整的程式碼

let EventEmitter = require('events');
let fs = require('fs');
class WriteStream extends EventEmitter{
    constructor(path,options){
        super();
        this.path = path;
        this.highWaterMark = options.highWaterMark||16*1024;
        this.autoClose = options.autoClose||true;
        this.mode = options.mode;
        this.start = options.start||0;
        this.flags = options.flags||'w';
        this.encoding = options.encoding || 'utf8';

        // 可寫流 要有一個快取區，當正在寫入檔案是，內容要寫入到快取區中
        // 在原始碼中是一個連結串列 => []

        this.buffers = [];

        // 標識 是否正在寫入
        this.writing = false;

        // 是否滿足觸發drain事件
        this.needDrain = false;

        // 記錄寫入的位置
        this.pos = 0;

        // 記錄快取區的大小
        this.length = 0;
        this.open();
    }
    destroy(){
        if(typeof this.fd !=='number'){
            return this.emit('close');
        }
        fs.close(this.fd,()=>{
            this.emit('close')
        })
    }
    open(){
        fs.open(this.path,this.flags,this.mode,(err,fd)=>{
            if(err){
                this.emit('error',err);
                if(this.autoClose){
                    this.destroy();
                }
                return
            }
            this.fd = fd;
            this.emit('open');
        })
    }
    write(chunk,encoding=this.encoding,callback=()=>{}){
        chunk = Buffer.isBuffer(chunk)?chunk:Buffer.from(chunk,encoding);
        // write 返回一個boolean型別 
        this.length+=chunk.length; 
        let ret = this.length<this.highWaterMark; // 比較是否達到了快取區的大小
        this.needDrain = !ret; // 是否需要觸發needDrain
        // 判斷是否正在寫入 如果是正在寫入 就寫入到快取區中
        if(this.writing){
            this.buffers.push({
                encoding,
                chunk,
                callback
            }); // []
        }else{
            // 專門用來將內容 寫入到檔案內
            this.writing = true;
            this._write(chunk,encoding,()=>{
                callback();
                this.clearBuffer();
            }); // 8
        }
        return ret;
    }
    clearBuffer(){
        let buffer = this.buffers.shift();
        if(buffer){
            this._write(buffer.chunk,buffer.encoding,()=>{
                buffer.callback();
                this.clearBuffer()
            });
        }else{
            this.writing = false;
            if(this.needDrain){ // 是否需要觸發drain 需要就發射drain事件
                this.needDrain = false;
                this.emit('drain');
            }
        }
    }
    _write(chunk,encoding,callback){
        if(typeof this.fd !== 'number'){
            return this.once('open',()=>this._write(chunk,encoding,callback));
        }
        fs.write(this.fd,chunk,0,chunk.length,this.pos,(err,byteWritten)=>{
            this.length -= byteWritten;
            this.pos += byteWritten;
            
            callback(); // 清空快取區的內容
        });
    }
}

module.exports = WriteStream;
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Pipe管道流

前面我們瞭解了可讀流與可寫流，那麼怎麼讓二者結合起來使用呢，node給我們提供好了方法--Pipe管道，流顧名思義，就是在可讀流與可寫流中間加入一個管道，實現一邊讀取，一邊寫入，讀一點寫一點。

Pipe的使用方法如下

let fs = require('fs');
let path = require('path');
let ReadStream = require('./ReadStream');
let WriteStream = require('./WriteStream');

let rs = new ReadStream(path.join(__dirname, './1.txt'), {
    highWaterMark: 4
});
let ws = new WriteStream(path.join(__dirname, './2.txt'), {
    highWaterMark: 1
});
// 4 1
rs.pipe(ws); 
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實現原理

Pipe的原理比較簡單，簡單說監聽可讀流的data事件來持續獲取檔案中的資料，然後我們就會去呼叫寫流的write方法。如果可寫流快取區已滿，那麼當我們得到呼叫可讀流的pause方法來暫停讀取，然後等到寫流的快取區已經全部寫入並且觸發drain事件時，我們就會呼叫resume重新開啟讀取的流程。上程式碼

pipe(ws) {
    this.on('data', (chunk) => {
        let flag = ws.write(chunk);
        if (!flag) {
            this.pause();
        }
    });
    ws.on('drain', () => {
        this.resume();
    })
}
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自定義流

Node允許我們自定義流，讀流繼承於Readable介面，寫流則繼承於Writable介面，所以我們其實是可以自定義一個流模組，只要繼承stream模組對應的介面即可。

自定義可讀流

如果我們要自定義讀流的話，那我們就需要繼承Readable，Readable裡面有一個read()方法，預設呼叫_read()，所以我們只要複寫了_read()方法就可實現讀取的邏輯，同時Readable中也提供了一個push方法，呼叫push方法就會觸發data事件，push中的引數就是data事件回撥函式的引數，當push傳入的引數為null的時候就代表讀流停止，上程式碼

let { Readable } = require('stream');

// 想實現什麼流 就繼承這個流
// Readable裡面有一個read()方法，預設掉_read()
// Readable中提供了一個push方法你呼叫push方法就會觸發data事件
let index = 9;
class MyRead extends Readable {
    _read() {
        // 可讀流什麼時候停止呢？ 當push null的時候停止
        if (index-- > 0) return this.push('123');
        this.push(null);
    }
}

let mr = new MyRead();
mr.on('data', function(data) {
    console.log(data);
});

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自定義可寫流

與自定義讀流類似，自定義寫流需要繼承Writable介面，並且實現一個_write()方法，這裡注意的是_write中可以傳入3個引數，chunk, encoding, callback，chunk就是代表寫入的資料，通常是一個buffer，encoding是編碼型別，通常不會用到，最後的callback要注意，它並不是我們用這個自定義寫流呼叫write時的回撥，而是我們上面講到寫流實現時的clearBuffer函式。

let { Writable } = require('stream');

// 可寫流實現_write方法
// 原始碼中預設呼叫的是Writable中的write方法
class MyWrite extends Writable {
    _write(chunk, encoding, callback) {
        console.log(chunk.toString());
        callback(); // clearBuffer
    }
}

let mw = new MyWrite();
mw.write('111', 'utf8', () => {
    console.log(1);
})
mw.write('222', 'utf8', () => {
    console.log(1);
});
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Duplex 雙工流

雙工流其實就是結合了上面我們說的自定義讀流和自定義寫流，它既能讀也能寫，同時可以做到讀寫之間互不干擾

let { Duplex } =  require('stream');

// 雙工流 又能讀 又能寫，而且讀取可以沒關係(互不干擾)
let d = Duplex({
    read() {
        this.push('hello');
        this.push(null);
    },
    write(chunk, encoding, callback) {
        console.log(chunk);
        callback();
    }
});

d.on('data', function(data) {
    console.log(data);
});
d.write('hello');

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Transform 轉換流

轉換流的本質就是雙工流，唯一不同的是它並不需要像上面提到的雙工流一樣實現read和write,它只需要實現一個transform方法用於轉換

let { Transform } =  require('stream');

// 它的引數和可寫流一樣
let tranform1 = Transform({
    transform(chunk, encoding, callback) {
        this.push(chunk.toString().toUpperCase()); // 將輸入的內容放入到可讀流中
        callback();
    }
});
let tranform2 = Transform({
    transform(chunk, encoding, callback){
        console.log(chunk.toString());
        callback();
    }
});

// 等待你的輸入
// rs.pipe(ws);
// 希望將輸入的內容轉化成大寫在輸出出來
process.stdin.pipe(tranform1).pipe(tranform2);
// 物件流 可讀流裡只能放buffer或者字串 物件流裡可以放物件
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物件流

預設情況下，流處理的資料是Buffer/String型別的值。物件流的特點就是它有一個objectMode標誌，我們可以設定它讓流可以接受任何JavaScript物件。上程式碼

const { Transform } = require('stream');

let fs = require('fs');
let rs = fs.createReadStream('./users.json');

rs.setEncoding('utf8');

let toJson = Transform({
    readableObjectMode: true,
    transform(chunk, encoding, callback) {
        this.push(JSON.parse(chunk));
        callback();
    }
});

let jsonOut = Transform({
    writableObjectMode: true,
    transform(chunk, encoding, callback) {
        console.log(chunk);
        callback();
    }
});
rs.pipe(toJson).pipe(jsonOut);

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