Node 流(stream) (可读流、可写流、双工流、转换流)-IT知识空间

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流是什么？

顾名思义，流就是数据流动的意思。

举个例子：

比如小区停水了，没想到你家用无塔供水器存了一点水，然而隔壁没有水了，想向你家借点水，直接用桶运水吧，费力气，还有可能浪费，于是可以用根管子，连接你们两家，这样就可以通过管子直接把水流到隔壁家

这就类似于request对象向服务器发请求要资源，在这request请求资源的传播方式通过流来实现

为什么使用流？

一般我们处理数据有两种模式：buffer模式、stream模式

buffer模式：取完数据一次性操作
stream模式：边取数据边操作

举个例子：

你想用手机看部电影，用buffer模式就是你把这个电影全部缓存下来，然后再看。用stream模式，就是你边缓存边看

所以从这里就可以看出stream模式无论是在空间和时间上都优于buffer模式:

空间上：内存只会占用当前需要处理的一块数据区域的大小, 而不是整个文件
时间上：因为不需要全部的数据就可以开始处理, 所以时间就相当于是节约了

还有一个好处就是可以链式调用

如果说写入的速度跟不上读取的速度，就有可能导致数据丢失
所以说正常的情况应该是，写完一段，再读取下一段，如果没有写完的话，就让读取流先暂停，等写完再继续，（也就是你看电影的时候，缓存着看着，如果你网络不好，没缓存，就看不了，等再缓存点，再看）
所以为了让可读流和可写流速度一致，就要用到流中必不可少的属性pipe了，pipe翻译过来意思是管道，就如上面的例子中的管子一样

流的类型

node中有四种基本流类型：

Readable 可读流
Writable 可写流
Duplex 可读可写流(双工流)
Transform 在读写过程中可以修改和变换数据的Duplex流(转换流)

流中的数据有两种模式：

二进制模式，都是 string 字符串和 buffer。
对象模式，流内部处理的是一系统普通对象。

可读流(Readable)

可读流中的两种模式：

流动模式 ( flowing ) ：数据自动从系统底层读取，并通过事件，尽可能快地提供给应用程序。
暂停模式 ( paused )，必须显式的调用 read() 读取数据。

可读流都开始于暂停模式

暂停模式切换到流动模式：
1.添加 data 事件回调。
2.调用 resume()。
3.调用 pipe()。

流动模式切换到暂停模式
1.如果没有管道目标，调用 pause()。
2.如果有管道目标，移除所有管道目标，调用 unpipe() 移除多个管道目标。

createReadStream 方法有两个参数:

1.第一个参数是读取文件的路径
2.第二个参数为 options 选项，其中有八个参数:

flags：标识位，默认为 r；
encoding：字符编码，默认为 null；
fd：文件描述符，默认为 null；
mode：权限位，默认为 0o666；
autoClose：是否自动关闭文件，默认为 true；
start：读取文件的起始位置；
end：读取文件的（包含）结束位置；
highWaterMark：最大读取文件的字节数，默认 64 * 1024。

创建可读流，并监听事件：

const fs = require('fs');
 
//创建一个文件可读流
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    //文件系统标志
    flags: 'r',
    //数据编码，如果调置了该参数，则读取的数据会自动解析
    //如果没调置，则读取的数据会是 Buffer
    //也可以通过 rs.setEncoding() 进行设置
    encoding: 'utf8',
    //文件描述符，默认为null
    fd: null,
    //文件权限,
    mode: 0o666,
    //文件读取的开始位置
    start: 0,
    //文件读取的结束位置(包括结束位置)
    end: Infinity,
    //读取缓冲区的大小，默认64K
    highWaterMark: 3
});
 
//文件被打开时触发
rs.on('open', function () {
    console.log('文件打开');
});
 
//监听data事件，会让当前流切换到流动模式
//当流中将数据传给消费者后触发
//由于我们在上面配置了 highWaterMark 为 3字节，所以下面会打印多次。
rs.on('data', function (data) {
    console.log(data);
});
 
//流中没有数据可供消费者时触发
rs.on('end', function () {
    console.log('数据读取完毕');
});
 
//读取数据出错时触发
rs.on('error', function () {
    console.log('读取错误');
});
 
//当文件被关闭时触发
rs.on('close', function () {
    console.log('文件关闭');
});

注：open 和 close 事件并不是所有流都会触发。

当们监听data事件后，系统会尽可能快的读取出数据。但有时候，我们需要暂停一下流的读取，操作其他事情。

这时候就需要用到 pause() 和 resume() 方法。

const fs = require('fs');
 
//创建一个文件可读流
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
rs.on('data', function (data) {
    console.log(`读取了 ${data.length} 字节数据 : ${data.toString()}`);
 
    //使流动模式的流停止触发'data'事件，切换出流动模式，数据都会保留在内部缓存中。
    rs.pause();
 
    //等待3秒后，再恢复触发'data'事件，将流切换回流动模式。
    setTimeout(function () {
        rs.resume();
    }, 3000);
});

可读流的 readable 事件，当流中有数据可供读取时就触发。
注意当监听 readable 事件后，会导致流停止流动，需调用 read() 方法读取数据。
注：on('data')，on('readable')，pipe() 不要混合使用，会导致不明确的行为。

const fs = require('fs');
 
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 1
});
 
//当流中有数据可供读取时就触发
rs.on('readable', function () {
    let data;
    //循环读取数据
    //参数表示要读取的字节数
    //如果可读的数据不足字节数，则返回缓冲区剩余数据
    //如是没有指定字节数，则返回缓冲区中所有数据
    while (data = rs.read()) {
        console.log(`读取到 ${data.length} 字节数据`);
        console.log(data.toString());
    }
});

可写流(Writable)

createWriteStream 方法有两个参数：

1.第一个参数是读取文件的路径
2.第二个参数为 options 选项，其中有七个参数：

flags：标识位，默认为 w；
encoding：字符编码，默认为 utf8；
fd：文件描述符，默认为 null；
mode：权限位，默认为 0o666；
autoClose：是否自动关闭文件，默认为 true；
start：写入文件的起始位置；
highWaterMark：一个对比写入字节数的标识，默认 16 * 1024。

创建可写流，并监听事件：

const fs = require('fs');
 
//创建一个文件可写流
let ws = fs.createWriteStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//往流中写入数据
//参数一表示要写入的数据
//参数二表示编码方式
//参数三表示写入成功的回调
//缓冲区满时返回false，未满时返回true。
//由于上面我们设置的缓冲区大小为 3字节，所以到写入第3个时，就返回了false。
console.log(ws.write('1', 'utf8'));
console.log(ws.write('2', 'utf8'));
console.log(ws.write('3', 'utf8'));
console.log(ws.write('4', 'utf8'));
 
function writeData() {
    let cnt = 9;
    return function () {
        let flag = true;
        while (cnt && flag) {
            flag = ws.write(`${cnt}`);
            console.log('缓冲区中写入的字节数', ws.writableLength);
            cnt--;
        }
    };
}
 
let wd = writeData();
wd();
 
//当缓冲区中的数据满的时候，应停止写入数据，
//一旦缓冲区中的数据写入文件了，并清空了，则会触发 'drain' 事件，告诉生产者可以继续写数据了。
ws.on('drain', function () {
    console.log('可以继续写数据了');
    console.log('缓冲区中写入的字节数', ws.writableLength);
    wd();
});
 
//当流或底层资源关闭时触发
ws.on('close', function () {
    console.log('文件被关闭');
});
 
//当写入数据出错时触发
ws.on('error', function () {
    console.log('写入数据错误');
});

写入流的 end() 方法和 finish 事件监听

const fs = require('fs');
 
//创建一个文件可写流
let ws = fs.createWriteStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//往流中写入数据
//参数一表示要写入的数据
//参数二表示编码方式
//参数三表示写入成功的回调
//缓冲区满时返回false，未满时返回true。
//由于上面我们设置的缓冲区大小为 3字节，所以到写入第3个时，就返回了false。
console.log(ws.write('1', 'utf8'));
console.log(ws.write('2', 'utf8'));
console.log(ws.write('3', 'utf8'));
console.log(ws.write('4', 'utf8'));
 
//调用end()表明已经没有数据要被写入，在关闭流之前再写一块数据。
//如果传入了回调函数，则将作为 'finish' 事件的回调函数
ws.end('最后一点数据', 'utf8');
 
//调用 end() 且缓冲区数据都已传给底层系统时触发
ws.on('finish', function () {
    console.log('写入完成');
});

写入流的 cork() 和 uncork() 方法，主要是为了解决大量小块数据写入时，内部缓冲可能失效，导致的性能下降。

const fs = require('fs');
 
let ws = fs.createWriteStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 1
});
 
//调用 cork() 后，会强制把所有写入的数据缓冲到内存中。
//不会因为写入的数据超过了 highWaterMark 的设置而写入到文件中。
ws.cork();
ws.write('1');
console.log(ws.writableLength);
ws.write('2');
console.log(ws.writableLength);
ws.write('3');
console.log(ws.writableLength);
 
//将调用 cork() 后的缓冲数据都输出到目标，也就是写入文件中。
ws.uncork();

注意 cork() 的调用次数要与 uncork() 一致。

const fs = require('fs');
 
let ws = fs.createWriteStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 1
});
 
//调用一次 cork() 就应该写一次 uncork()，两者要一一对应。
ws.cork();
ws.write('4');
ws.write('5');
ws.cork();
ws.write('6');
 
process.nextTick(function () {
    //注意这里只调用了一次 uncork()
    ws.uncork();
    //只有调用同样次数的 uncork() 数据才会被输出。
    ws.uncork();
});

双工流(Duplex)

Duplex(双工)流实际上是继承了Readable和Writable的一类流，一个Duplex对象既可当成可读流来使用，也可以当做可写流来使用。
所以需要继承Duplex类：
1.继承 Duplex 类
2.实现 _read() 方法
3.实现 _write() 方法

实现了_read()方法后，可以监听data事件来消耗Duplex产生的数据
实现了_write()方法后，便可以作为下游去消耗数据

相信大家对 read()、write() 方法的实现不会陌生，因为和 Readable、Writable 完全一样。

const Duplex = require('stream').Duplex;

const myDuplex = new Duplex({
  read(size) {
    // ...
  },
  write(chunk, encoding, callback) {
    // ...
  }
});

在实例化 Duplex 类的时候可以传递几个参数：

readableObjectMode : 可读流是否设置为 ObjectMode，默认 false
writableObjectMode : 可写流是否设置为 ObjectMode，默认 false
allowHalfOpen : 默认 true，设置成 false 的话，当写入端结束的时，流会自动的结束读取端，反之亦然。

例子：

const Duplex = require('stream').Duplex;
const kSource = Symbol('source');

class MyDuplex extends Duplex {
  constructor(source, options) {
    super(options);
    this[kSource] = source;
  }

  _write(chunk, encoding, callback) {
    // The underlying source only deals with strings
    if (Buffer.isBuffer(chunk))
      chunk = chunk.toString();
    this[kSource].writeSomeData(chunk);
    callback();
  }

  _read(size) {
    this[kSource].fetchSomeData(size, (data, encoding) => {
      this.push(Buffer.from(data, encoding));
    });
  }
}

这是不能执行的伪代码，但是可以看出来 Duplex 的作用，即可以生产数据，又可以消费数据，所以才可以处于数据流动管道的中间环节。

转换流(Transform)

在Duplex流中，可读流中的数据和可写流中的数据是分开的。
而Transform流是一种特殊的Duplex流，它继承自Duplex流，其可写端的数据经变换后会自动添加到可读端

Tranform 类内部继承了 Duplex 并实现了 writable.write() 和 readable._read() 方法

所以当我们自定义 Transform 流时，只需要：
1.继承 Transform 类
2.实现 _transform() 方法
3.实现 _flush() 方法（可以不实现）

_transform(chunk, encoding, callback) 方法用来接收数据，并产生输出，参数我们已经很熟悉了，和 Writable 一样， chunk 默认是 Buffer，除非 decodeStrings 被设置为 false。

在 _transform() 方法内部可以调用 this.push(data) 生产数据，交给可写流，也可以不调用，意味着输入不会产生输出。

当数据处理完了必须调用 callback(err, data) ，第一个参数用于传递错误信息，第二个参数可以省略，如果被传入了，效果和 this.push(data) 一样

 transform.prototype._transform = function (data, encoding, callback) {
  this.push(data);
  callback();
};

transform.prototype._transform = function (data, encoding, callback) {
  callback(null, data);
};

有些时候，transform 操作可能需要在流的最后多写入可写流一些数据。例如， Zlib流会存储一些内部状态，以便优化压缩输出。在这种情况下，可以使用_flush()方法，它会在所有写入数据被消费、触发 end之前被调用。

Transform 事件

Transform 流有两个常用的事件:
1.来自 Writable 的 finish
2.来自 Readable 的 end

当调用 transform.end() 并且数据被 _transform() 处理完后会触发 finish，调用_flush后，所有的数据输出完毕，触发end事件。

pipe()方法

pipe() 方法类似下面的代码，在可读流与可写流之间连接一个管道。

const fs = require('fs');
 
//创建一个可读流
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//创建一个可写流
let ws = fs.createWriteStream('./2.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
rs.on('data', function (data) {
    let flag = ws.write(data);
    console.log(`往可写流中写入 ${data.length} 字节数据`);
    //如果写入缓冲区已满，则暂停可读流的读取
    if (!flag) {
        rs.pause();
        console.log('暂停可读流');
    }
});
 
//监控可读流数据是否读完
rs.on('end', function () {
    console.log('数据已读完');
    //如果可读流读完了，则调用 end() 表示可写流已写入完成
    ws.end();
});
 
//如果可写流缓冲区已清空，可以再次写入，则重新打开可读流
ws.on('drain', function () {
    rs.resume();
    console.log('重新开启可读流');
});

用 pipe() 方法完成上面的功能。

const fs = require('fs');
 
//创建一个可读流
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//创建一个可写流
let ws = fs.createWriteStream('./2.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
let ws2 = fs.createWriteStream('./3.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//绑定可写流到可读流，自动将可读流切换到流动模式，将可读流的所有数据推送到可写流。
rs.pipe(ws);
 
//可以绑定多个可写流
rs.pipe(ws2);

也可以用 unpipe() 手动的解绑可写流。

const fs = require('fs');
 
//创建一个可读流
let rs = fs.createReadStream('./1.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
//创建一个可写流
let ws = fs.createWriteStream('./2.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
let ws2 = fs.createWriteStream('./3.txt', {
    highWaterMark: 3
});
 
rs.pipe(ws);
rs.pipe(ws2);
 
//解绑可写流，如果参数没写，则解绑所有管道
setTimeout(function () {
    rs.unpipe(ws2);
}, 0);

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