通通连起来——无处不在的流

最近总是听见 liu 这个东西啊，比如 liu 翔低调宣布新恋情啦、 liu 强冬告白奶茶啦、微软停止支持 IE liu 览器啦，最近我们的淘宝前端夜校讲师也提到了 liu （流）的运用。

在 Unix 系统中流就是一个很常见也很重要的概念。

Unix 的哲学：一个程序只做一件事，并做好。程序要能协作。程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。
– Douglas McIlroy

还记得在你刚开始学习编程，尤其是学 C 语言会接触到文件流的概念。不限于文件系统的文件，还有输入输出的逻辑文件，因为在 C 中所有流均以文件的形式出现，今天肯定不是说 C , 在以异步 IO 高效著称 Node.js 中，流也是一个值得深入理解的概念。

在前端开发中，你可能见过这样的构建代码。

gulp.task('images', ['clean'], function() {
  return gulp.src(paths.images)
    .pipe(gulp.dest('build/img'));
});

那么什么是流？

用术语说流是对输入输出设备的抽象。以程序的角度说，流是具有方向的数据。在 Unix 系统中，我们使用符号|来实现流。
在 Node.js 中有个 stream 模块，它是一个抽象类。它的抽象接口被很多常见对象实现，比如常见的 request response

按照流动方向，stream 流分为 4 种，Readable，writable，Duplex streams 和 Transform streams。后两种可以理解为可读可写流的组合，所以优先理解可读可写流。

可以直接使用 stream_readable 创建一个流

var Readable = require('stream').Readable;
var rs = new Readable;
rs.push('beep ');
rs.push('boop ');
rs.push('null\n');
rs.push(null);
rs.pipe(process.stdout);

运行代码

$ node readable.js
beep boop null

数据被原样输出了，nul l 表示输出结束。

流的模式

那么如何才能协调输入输出呢，实际上，readable 流的数据会存在缓存中，直到有个流来消耗这些数据。简单的说，就是要多少，就尽量给多少。

readable stream 有个待实现接口 _read(size)

readable._read(size)

• size Number Number of bytes to read asynchronously

可以通过这个接口来验证流的工作

var Readable = require('stream').Readable;
var rs = Readable();

var c = 97 - 1;

rs._read = function () {
    if (c >= 'z'.charCodeAt(0)) return rs.push(null);
    //设置延时，有个直观感受
    setTimeout(function () {
        rs.push(String.fromCharCode(++c));
    }, 200);
};

rs.pipe(process.stdout);

process.on('exit', function () {
    console.error('\n_read() called ' + (c - 97) + ' times');
});
process.stdout.on('error', process.exit);

运行代码

$ node readable.js | head -c 5
abcde
_read() called 5 times

大约一秒后，5 个字符直接输出了。
所以其实 readable 流是到了一定的水位，才会将这些数据吐出来。

你可能已经感觉到了，可读流一天到晚就处在两种状态：我吐了、我不吐了！

事实上确实是这样， Node.js 文档对流状态的说明。

Readable streams have two “modes”: a flowing mode and a paused mode.

流的两种状态分别称为流模式和暂停模式
进入流模式有三种方法

• Adding a ‘data’ event handler to listen for data.
• Calling the resume() method to explicitly open the flow.
• Calling the pipe() method to send the data to a Writable.

也有两种方法暂停

• If there are no pipe destinations, by calling the pause() method.
• If there are pipe destinations, by removing any ‘data’ event handlers, and removing all pipe destinations by calling the unpipe() method.

流的常见应用

一个流的日常任务：
举个栗子：服务器要读取文件返回给客户端：

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

var server = http.createServer(function (req, res) {
    fs.readFile(__dirname + '/kuaibo.txt', function (err, data) {
        res.end(data);
    });
});
server.listen(8000);

这段代码是没有问题的，测试也能通过，但是不太友好。设想 kuaibo.txt size 有点大，程序读取这个文件并存在内存中，然后把结果再返回给客户端，此时正好有 1000 个并发请求，程序消耗大量内存，大量请求被挂起，服务会变得很慢或者不可用。即使只有一个请求，如果文件足够大，也会使用户等待。

可以使用 stream + pipe 的方式实现。由于 response 是一个 writable stream。

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

var server = http.createServer(function (req, res) {
    var stream = fs.createReadStream(__dirname + '/kuaibo.txt');
    stream.pipe(res);
});
server.listen(8000);

pipe 会自主管理流并且尽可能快的读取流。
可以有个合理的猜测，那个据说能边下边播的著名的全视频解码软件-快播可能就是基于对视频流片段的实时解码实现的吧？虽然我没用过-。-！

管道

既然叫管道，那管道应该可以接起来啊~

『通通连起来』 –庞统

事实上确实可以。

var r = fs.createReadStream('file.txt');
var z = zlib.createGzip();
var w = fs.createWriteStream('file.txt.gz');
r.pipe(z).pipe(w);

在从一个 readable 流向一个 writable 流传数据的过程中，数据会自动被转换为 Buffer 对象。使用 pipe 的还有一个好处是，pipe() 方法自动管理流，把控制流的细节屏蔽了。stream 的实现经过几个版本，现在是这样的流程大约是这样的：

• 触发 data 事件，直到 writable 流满了
• buffer 满了触发 pause() , 进入暂停模式
• writable 的 Buffer 清理出来了，会触发 drain 事件，这时候 pipe 调用 resume 又进入流模式，然后再触发 data 事件。

stream_readable 模块 data 事件源码

stream.on('data', function(chunk) {
  debug('wrapped data');
  if (state.decoder)
    chunk = state.decoder.write(chunk);
  // don't skip over falsy values in objectMode
  if (state.objectMode && (chunk === null || chunk === undefined))
    return;
  else if (!state.objectMode && (!chunk || !chunk.length))
    return;
  var ret = self.push(chunk);
  if (!ret) {
    paused = true;
    stream.pause();
  }
});

所有的流都是 EventEmitter 的实例。大部分情况下，我们只需要在上面添加我们希望触发的事件。

比如实现一个 HTTP 代理服务。

var http = require('http');
var net = require('net');
var url = require('url');

function request(cReq, cRes) {
    var u = url.parse(cReq.url);
    var options = {
        hostname : u.hostname, 
        port     : u.port || 80,
        path     : u.path,       
        method     : cReq.method,
        headers     : cReq.headers
    };
    var pReq = http.request(options, function(pRes) {
        cRes.writeHead(pRes.statusCode, pRes.headers);
        pRes.pipe(cRes);
    }).on('error', function(e) {
        cRes.end();
    });
    cReq.pipe(pReq);
}

http.createServer().on('request', request).listen(8888, '0.0.0.0');

总结

Node.js 对流做了封装，提供很多 API，流其实是一个事件分发器。仅仅基于流的特性，我们就可以做很多功能。而现在很多成熟的系统，有的基于 Java，有的基于 C#，通常已经非常庞大，而对其做一次线上的全量升级，升级周期可能会长达半年甚至更长。这时候不妨利用 Nodejs 构建一个简单的原型服务，如果可以匹配 Node.js 的适用场景，再投入时间用 Nodejs 替换系统的部分服务，说不定是个更快速达到目标的方案。

参考资料

• https://github.com/substack/stream-handbook
• https://nodejs.org
• https://imququ.com/post/web-proxy.html
• http://shapeshed.com/api-design-for-an-event-driven-world/
• http://stackoverflow.com/questions/25237013/node-js-unbounded-concurrency-stream-backpressure-over-tcp
• http://www.atatech.org/articles/46889