自定义流的实现
什么是自定义流
Node.js中的流（Stream）是处理数据的高效方式，特别是当数据量较大或来源不确定时。自定义流允许开发者根据特定需求创建专属的数据处理管道。流分为四种基本类型：可读流（Readable）、可写流（Writable）、双工流（Duplex）和转换流（Transform）。通过继承这些基类并实现特定方法，可以构建完全定制的流实现。
实现可读流
创建自定义可读流需要继承stream.Readable类并实现_read方法。这个方法在消费者请求数据时被调用，通过push方法向流中放入数据。当没有更多数据时，推送null表示结束。
const { Readable } = require('stream');
class RandomNumberStream extends Readable {
constructor(options) {
super(options);
this.maxNumbers = 10;
this.currentNumber = 0;
}
_read(size) {
this.currentNumber += 1;
const randomNumber = Math.random();
if (this.currentNumber > this.maxNumbers) {
this.push(null); // 结束流
} else {
const buffer = Buffer.from(`${randomNumber}\n`, 'utf8');
this.push(buffer); // 推送数据
}
}
}
// 使用示例
const randomStream = new RandomNumberStream();
randomStream.pipe(process.stdout);
这个例子创建了一个生成10个随机数的可读流。_read方法会在每次需要数据时被调用，直到达到最大数量限制。pipe方法将流数据导向标准输出。
实现可写流
自定义可写流需要继承stream.Writable并实现_write方法。这个方法处理写入的数据块，执行必要的操作后调用回调函数表示完成。
const { Writable } = require('stream');
class FileWriter extends Writable {
constructor(filePath, options) {
super(options);
this.filePath = filePath;
this.chunks = [];
}
_write(chunk, encoding, callback) {
this.chunks.push(chunk);
fs.appendFile(this.filePath, chunk, (err) => {
if (err) return callback(err);
callback();
});
}
_final(callback) {
console.log(`所有数据已写入${this.filePath}`);
callback();
}
}
// 使用示例
const writer = new FileWriter('./output.txt');
writer.write('第一行数据\n');
writer.write('第二行数据\n');
writer.end('最后一行数据');
这个可写流将接收到的数据追加到指定文件。_write方法处理每个数据块，_final在流结束时被调用。注意正确处理回调函数对于背压管理至关重要。
构建双工流
双工流同时实现可读和可写接口，需要继承stream.Duplex并实现_read和_write方法。这种流适合需要双向通信的场景。
const { Duplex } = require('stream');
class EchoStream extends Duplex {
constructor(options) {
super(options);
this.dataBuffer = [];
}
_write(chunk, encoding, callback) {
this.dataBuffer.push(chunk.toString());
callback();
}
_read(size) {
if (this.dataBuffer.length === 0) {
this.push(null);
} else {
this.push(this.dataBuffer.shift());
}
}
}
// 使用示例
const echo = new EchoStream();
echo.on('data', (chunk) => {
console.log(`收到: ${chunk}`);
});
echo.write('你好');
echo.write('世界');
echo.end();
这个双工流将写入的数据缓存起来，然后在读取时原样返回。注意双工流的读写两端是独立的，没有直接关联。
创建转换流
转换流是一种特殊的双工流，继承stream.Transform类。它修改或转换写入的数据，然后输出转换后的结果。只需实现_transform方法。
const { Transform } = require('stream');
class UpperCaseTransform extends Transform {
_transform(chunk, encoding, callback) {
const upperString = chunk.toString().toUpperCase();
this.push(upperString);
callback();
}
}
// 使用示例
const upper = new UpperCaseTransform();
process.stdin.pipe(upper).pipe(process.stdout);
这个转换流将所有输入文本转为大写。_transform方法接收数据块，处理后通过push输出。转换流非常适合数据格式转换、加密解密等场景。
高级流控制
Node.js流提供了精细的控制机制。highWaterMark选项设置缓冲区大小，影响背压行为。自定义流可以通过覆盖_destroy方法实现资源清理。
const { Writable } = require('stream');
class ResourceHandler extends Writable {
constructor(options) {
super({ ...options, highWaterMark: 1024 * 1024 }); // 1MB缓冲区
this.resource = acquireResource();
}
_write(chunk, encoding, callback) {
processResource(this.resource, chunk, (err) => {
if (err) return callback(err);
callback();
});
}
_destroy(err, callback) {
releaseResource(this.resource, (releaseErr) => {
callback(releaseErr || err);
});
}
}
这个例子展示了如何管理外部资源。highWaterMark设置为1MB，_destroy确保资源被正确释放。正确处理错误和资源释放是健壮流实现的关键。
对象模式流
默认流处理Buffer或字符串，但通过objectMode: true可以处理任意JavaScript对象。这在处理复杂数据结构时非常有用。
const { Readable } = require('stream');
class ObjectStream extends Readable {
constructor(options) {
super({ ...options, objectMode: true });
this.objects = [
{ id: 1, name: '对象1' },
{ id: 2, name: '对象2' },
{ id: 3, name: '对象3' }
];
}
_read(size) {
if (this.objects.length === 0) {
this.push(null);
} else {
this.push(this.objects.shift());
}
}
}
// 使用示例
const objStream = new ObjectStream();
objStream.on('data', (obj) => {
console.log(`收到对象: ${JSON.stringify(obj)}`);
});
对象模式流可以推送整个对象而不需要序列化。注意对象模式会影响highWaterMark的计数方式，因为它计算的是对象数量而非字节数。
错误处理与调试
健壮的流实现需要完善的错误处理。可以通过事件监听器捕获错误，并实现_destroy方法进行清理。
const { Writable } = require('stream');
class SafeStream extends Writable {
constructor(options) {
super(options);
this.on('error', (err) => {
console.error('流发生错误:', err);
this._cleanup();
});
}
_write(chunk, encoding, callback) {
try {
riskyOperation(chunk);
callback();
} catch (err) {
callback(err);
}
}
_cleanup() {
// 执行必要的清理工作
}
_destroy(err, callback) {
this._cleanup();
callback(err);
}
}
这个模式确保即使发生错误，资源也能被正确释放。调试流时，可以使用stream.pipeline代替pipe，它提供更好的错误处理。
性能优化技巧
高效的自定义流需要考虑内存使用和吞吐量。使用缓冲池、避免不必要的复制、合理设置highWaterMark都能提升性能。
const { Readable } = require('stream');
const bufferPool = require('bufferpool');
class HighPerfStream extends Readable {
constructor(options) {
super(options);
this.bufferSize = 1024 * 64; // 64KB
}
_read(size) {
bufferPool.alloc(this.bufferSize, (err, buffer) => {
if (err) return this.destroy(err);
// 填充缓冲区
fillBuffer(buffer);
if (shouldContinue()) {
this.push(buffer);
} else {
bufferPool.free(buffer);
this.push(null);
}
});
}
}
这个例子展示了如何使用缓冲池重用内存。对于高频小数据块，考虑实现_writev方法处理批量写入。监控流的'drain'事件可以优化写入时机。
实际应用案例
自定义流在现实项目中有广泛应用。比如实现一个CSV解析器：
const { Transform } = require('stream');
class CSVParser extends Transform {
constructor(options) {
super({ ...options, objectMode: true });
this.remainder = '';
this.headers = null;
}
_transform(chunk, encoding, callback) {
const data = this.remainder + chunk.toString();
const lines = data.split('\n');
this.remainder = lines.pop(); // 保存不完整的最后一行
if (!this.headers) {
this.headers = lines.shift().split(',');
}
for (const line of lines) {
const values = line.split(',');
const obj = {};
this.headers.forEach((header, i) => {
obj[header.trim()] = values[i] ? values[i].trim() : null;
});
this.push(obj);
}
callback();
}
_flush(callback) {
if (this.remainder) {
const values = this.remainder.split(',');
const obj = {};
this.headers.forEach((header, i) => {
obj[header.trim()] = values[i] ? values[i].trim() : null;
});
this.push(obj);
}
callback();
}
}
这个CSV解析器将文本流转换为对象流，处理字段映射并自动拆分数据。_flush方法确保最后剩余的数据也被处理。这种模式非常适合大数据文件处理。
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