Node.js Stream(流) 简单易懂全解析

一.node.js中的流是什么

       stream（流）是Node.js提供的又一个仅在服务区端可用的模块，流是一种抽象的数据结构。Stream 是一个抽象接口，Node 中有很多对象实现了这个接口。例如，对http 服务器发起请求的request 对象就是一个 Stream，还有stdout（标准输出流）。
       顾名思义，流的意思就是数据的流动，就好比停水了，楼上的人存了一些水，楼下的人发请求想借楼上的人一桶水，直接搬费力又麻烦，直接往下倒容易倒到地上，于是可以用一根管子连接两个桶（A和B），楼上的人直接把A桶的里水通过管子流到楼下的B桶里，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。
       再举个例子，可以把数据看成是数据流，如果我们在键盘上打字，电脑程序把字符一个一个输出到屏幕上，这也可以看成是一个流，这个可以叫做标准输出(stdout)。

二.为什么要在node中使用流

看了前面稍微了解node的同学可能就要问了，流的作用不就是传递数据麽，也就是把一个地方数据拷贝到另一个地方，不用流也可以这样实现：

var water = fs.readFileSync('a.txt', {encoding: 'utf8'});
fs.writeFileSync('b.txt', water);

是的，只要使用node的读写文件的功能就能实现上面借水的效果，但这样做有个致命问题：

• 处理数据量较大的文件时不能分块处理，导致速度慢，内存容易爆满。

使用读写方式是把文件内容全部读入内存，然后再写入文件，对于小型的文本文件问题不大，但是遇到较大的比如音频、视频文件，动辄几个GB大小实在承受不住，而流可以把文件资源拆分成小块，一块一块的运输，资源就像水流一样进行传输，使用流的话上述功能可以这样写：

var fs = require('fs');
var readStream = fs.createReadStream('a.mp4'); // 创建可读流
var writeStream = fs.createWriteStream('b.mp4'); // 创建可写流

readStream.on('data', function(chunk) { // 当有数据流出时，写入数据
    writeStream.write(chunk);
});

readStream.on('end', function() { // 当没有数据时，关闭数据流
    writeStream.end();
});

• 但这样写还是有一些问题的，如果说写入的速度跟不上读取的速度，有可能导致数据丢失。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，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，顾名思义，就想上面的倒水一样，如果不用一根管子相连，A桶倒进B桶的水不会均速传输，可能会导致水的浪费，用pipe可以这样解决上述问题:

fs.createReadStream('a.mp4').pipe(fs.createWriteStream('b.mp4));
// pipe自动调用了data,end等事件

• 需要特别注意的是，pipe()只是可读流的方法，也就是说只能从可读流中通过pipe方法拷贝数据到可写流，反之则不行，写的时候要注意顺序。

三.流的四种类型

Stream提供了以下四种类型的流：

1. Readable 可读流
2. Writable 可写流
3. Duplex 可读可写流
4. Transform 在读写过程中可以修改和变换数据的Duplex流

1.Readable
可读流有五个参数：

• highWaterMark 缓存区字节大小，默认16384
• encoding 字符编码,默认为null,就是buffer
• objectMode 是否操作js其他类型 默认false
• read 对内部的_read()方式实现 子类实现，父类调用
• destroy 对内部的_ destroy()方法实现 子类实现，父类调用

可读流中分为2种模式流动模式和暂停模式。

1、流动模式：可读流自动读取数据，通过EventEmitter接口的事件尽快将数据提供给应用。
2、暂停模式：必须显式调用stream.read()方法来从流中读取数据片段。

暂停模式切换到流动模式i：

1、监听“data”事件
2、调用 stream.resume()方法
3、调用 stream.pipe()方法将数据发送到可写流

流动模式切换到暂停模式：

1、如果不存在管道目标，调用stream.pause()方法
2、如果存在管道目标，调用 stream.unpipe()并取消'data'事件监听
可读流事件：'data','readable','error','close','end'

监听data事件，触发流动模式

const { Readable } = require('stream');
   
    let i = 0;
       
    const rs = Readable({
        encoding: 'utf8',
        // 这里传入的read方法，会被写入_read()
        read: (size) => {
            // size 为highWaterMark大小
            // 在这个方法里面实现获取数据，读取到数据调用rs.push([data])，如果没有数据了，push(null)结束流
            if (i < 6) {
                rs.push(`当前读取数据: ${i++}`);
            } else {
                rs.push(null);
            }
        },
        // 源代码，可覆盖
        destroy(err, cb) {
            rs.push(null);
            cb(err);
        }
    });
        
    rs.on('data', (data) => {
        console.log(data);
        // 每次push数据则触发data事件

监听readable事件，触发暂停模式，当流有了新数据或到了流结束之前触发readable事件，需要显示调用read([size])读取数据:

    const { Readable } = require('stream');
        
    let i = 0;
        
    const rs = Readable({
        encoding: 'utf8',
        highWaterMark: 9,
        // 这里传入的read方法，会被写入_read()
        read: (size) => {
            // size 为highWaterMark大小
            // 在这个方法里面实现获取数据，读取到数据调用rs.push([data])，如果没有数据了，push(null)结束流
            if (i < 10) {
              // push其实是把数据放入缓存区
              rs.push(`当前读取数据: ${i++}`);
            } else {
                rs.push(null);
            }
        }
    });
    
    rs.on('readable', () => {
        const data = rs.read(9);
        console.log(data);
        // 
    })

2. Writable
可写流有以下参数：

highWaterMark 缓存区字节大小，默认16384
decodeStrings 是否将字符编码传入缓冲区
objectMode 是否操作js其他类型 默认false
write 子类实现，供父类调用 实现写入底层数据
writev 子类实现，供父类调用 一次处理多个chunk写入底层数据
destroy 可以覆盖父类方法，不能直接调用，销毁流时，父类调用
final 完成写入所有数据时父类触发

const Writable = require('stream').Writable

const writable = Writable()
// 实现`_write`方法
// 这是将数据写入底层的逻辑
writable._write = function (data, enc, next) {
  // 将流中的数据写入底层
  process.stdout.write(data.toString().toUpperCase())
  // 写入完成时，调用`next()`方法通知流传入下一个数据
  process.nextTick(next)
}

// 所有数据均已写入底层
writable.on('finish', () => process.stdout.write('DONE'))

// 将一个数据写入流中
writable.write('a' + '\n')
writable.write('b' + '\n')
writable.write('c' + '\n')

// 再无数据写入流时，需要调用`end`方法
writable.end()

3. Duplex
Duplex为读写流，既可当成可读流来使用，也可当成可写流来使用，实际上就是继承了Readable和Writable的一类流。所以，Duplex拥有Writable和Readable所有方法和事件，但各自独立缓存区，一个Duplex对象可以同时实现_read()和_write()方法。

var Duplex = require('stream').Duplex

var duplex = Duplex()

// 可读端底层读取逻辑
duplex._read = function () {
  this._readNum = this._readNum || 0
  if (this._readNum > 1) {
    this.push(null)
  } else {
    this.push('' + (this._readNum++))
  }
}

// 可写端底层写逻辑
duplex._write = function (buf, enc, next) {
  // a, b
  process.stdout.write('_write ' + buf.toString() + '\n')
  next()
}

// 0, 1
duplex.on('data', data => console.log('ondata', data.toString()))

duplex.write('a')
duplex.write('b')

duplex.end()

4. Transform
Tranform为转换流，它继承自Duplex，并已经实现了_read和_write方法，同时要求用户实现一个_transform方法，从一个地方读取数据，转换数据后输出到一个地方。

    const stream = require('stream');
    
    const transform = stream.Transform({
        transform(chunk, encoding, cb){
            // 把数据转换成小写字母，然后push到缓存区
            this.push(chunk.toString().toLowerCase());
            cb();
        }
    });
    
    transform.write('D');
    
    console.log(transform.read(1).toString()); // d

四.stream中的pipe

前面已经说过，pipe的作用是在流中搭建一条管道，从可读流中到可写流，目的是实现读取和写入步调一致，边读边写。

   const stream = require('stream');
    
    const readStream = stream.Readable({
        read() {
            this.push(fs.readFileSync('a.txt')); // 文件内容 test
            this.push(null);
        }
    });
    
    const writeStream = stream.Writable({
        write(chunk, encoding, cb) {
            // chunk为test buffer
            fs.writeFileSync('b.txt', chunk.toString());
            cb();
        }
    });
    
    writeStream.on('pipe', data => {
        // 触发pipe事件
        console.log(data);
    });
    
    readStream.pipe(writeStream);