瞭解Node.js中的Stream - tw511教學網

什麼是 Stream

在 Unix 系統中流就是一個很常見也很重要的概念，從術語上講流是對輸入輸出裝置的抽象。

ls | grep *.js

類似這樣的程式碼我們在寫指令碼的時候經常可以遇到，使用 | 連線兩條命令，把前一個命令的結果作為後一個命令的引數傳入，這樣資料像是水流在管道中傳遞，每個命令類似一個處理器，對資料做一些加工，因此 | 被稱為「管道符號」。

NodeJS 中 Stream 的幾種型別

從程式角度而言流是有方向的資料，按照流動方向可以分為三種流

裝置流向程式：readable
程式流向裝置：writable
雙向：duplex、transform

NodeJS 關於流的操作被封裝到了 Stream 模組，這個模組也被多個核心模組所參照。按照 Unix 的哲學：一切皆檔案，在 NodeJS 中對檔案的處理多數使用流來完成

普通檔案
裝置檔案（stdin、stdout）
網路檔案（http、net）

有一個很容易忽略的知識點：在 NodeJS 中所有的 Stream 都是 EventEmitter 的範例。

小例子

我們寫程式忽然需要讀取某個組態檔 config.json，這時候簡單分析一下

資料：config.json 的內容
方向：裝置（物理磁碟檔案） -> NodeJS 程式

我們應該使用 readable 流來做此事

const fs = require('fs');
const FILEPATH = '...';

const rs = fs.createReadStream(FILEPATH);

通過 fs 模組提供的 createReadStream() 方法我們輕鬆的建立了一個可讀的流，這時候 config.json 的內容從裝置流向程式。我們並沒有直接使用 Stream 模組，因為 fs 內部已經參照了 Stream 模組，並做了封裝。

有了資料後我們需要處理，比如需要寫到某個路徑 DEST ，這時候我們遍需要一個 writable 的流，讓資料從程式流向裝置。

const ws = fs.createWriteStream(DEST);

兩種流都有了，也就是兩個資料加工器，那麼我們如何通過類似 Unix 的管道符號 | 來連結流呢？在 NodeJS 中管道符號就是 pipe() 方法。

const fs = require('fs');
const FILEPATH = '...';

const rs = fs.createReadStream(FILEPATH);
const ws = fs.createWriteStream(DEST);

rs.pipe(ws);

這樣我們利用流實現了簡單的檔案複製功能，關於 pipe() 方法的實現原理後面會提到，但有個值得注意地方：資料必須是從上游 pipe 到下游，也就是從一個 readable 流 pipe 到 writable 流。

加工一下資料

上面提到了 readable 和 writable 的流，我們稱之為加工器，其實並不太恰當，因為我們並沒有加工什麼，只是讀取資料，然後儲存資料。

如果有個需求，把本地一個 package.json 檔案中的所有字母都改為小寫，並儲存到同目錄下的 package-lower.json 檔案下。

這時候我們就需要用到雙向的流了，假定我們有一個專門處理字元轉小寫的流 lower，那麼程式碼寫出來大概是這樣的

const fs = require('fs');

const rs = fs.createReadStream('./package.json');
const ws = fs.createWriteStream('./package-lower.json');

rs.pipe(lower).pipe(ws);

這時候我們可以看出為什麼稱 pipe() 連線的流為加工器了，根據上面說的，必須從一個 readable 流 pipe 到 writable 流：

rs -> lower：lower 在下游，所以 lower 需要是個 writable 流
lower -> ws：相對而言，lower 又在上游，所以 lower 需要是個 readable 流

有點推理的趕腳呢，能夠滿足我們需求的 lower 必須是雙向的流，具體使用 duplex 還是 transform 後面我們會提到。

當然如果我們還有額外一些處理動作，比如字母還需要轉成 ASCII 碼，假定有一個流 ascii 那麼我們程式碼可能是

rs.pipe(lower).pipe(acsii).pipe(ws);

同樣 ascii 也必須是雙向的流。這樣處理的邏輯是非常清晰的，那麼除了程式碼清晰，使用流還有什麼好處呢？

為什麼應該使用 Stream

有個使用者需要線上看視訊的場景，假定我們通過 HTTP 請求返回給使用者電影內容，那麼程式碼可能寫成這樣

const http = require('http');
const fs = require('fs');

http.createServer((req, res) => {
   fs.readFile(moviePath, (err, data) => {
      res.end(data);
   });
}).listen(8080);

這樣的程式碼又兩個明顯的問題

電影檔案需要讀完之後才能返回給客戶，等待時間超長
電影檔案需要一次放入記憶體中，相似動作多了，記憶體吃不消

用流可以講電影檔案一點點的放入記憶體中，然後一點點的返回給客戶（利用了 HTTP 協定的 Transfer-Encoding: chunked 分段傳輸特性），使用者體驗得到優化，同時對記憶體的開銷明顯下降

const http = require('http');

const fs = require('fs');

http.createServer((req, res) => {

   fs.createReadStream(moviePath).pipe(res);

}).listen(8080);

除了上述好處，程式碼優雅了很多，拓展也比較簡單。比如需要對視訊內容壓縮，我們可以引入一個專門做此事的流，這個流不用關心其它部分做了什麼，只要是接入管道中就可以了

const http = require('http');

const fs = require('fs');

const oppressor = require(oppressor);

http.createServer((req, res) => {

   fs.createReadStream(moviePath)

      .pipe(oppressor)

      .pipe(res);

}).listen(8080);

可以看出來，使用流後，我們的程式碼邏輯變得相對獨立，可維護性也會有一定的改善，關於幾種流的具體使用方式且聽下回分解。

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