什么是stream

定義

流的英文stream，流（Stream）是一個抽象的數據接口，Node.js中很多對象都實現了流，流是EventEmitter對象的一個實例，總之它是會冒數據（以 Buffer 為單位），或者能夠吸收數據的東西，它的本質就是讓數據流動起來。可能看一張圖會更直觀：

水桶管道流轉圖

注意：stream不是node.js獨有的概念，而是一個操作系統最基本的操作方式，只不過node.js有API支持這種操作方式。linux命令的|就是stream。

為什么要學習stream

視頻播放例子

小伙伴們肯定都在線看過電影，對比定義中的圖-水桶管道流轉圖，source就是服務器端的視頻，dest就是你自己的播放器(或者瀏覽器中的flash和h5 video)。大家想一下，看電影的方式就如同上面的圖管道換水一樣，一點點從服務端將視頻流動到本地播放器，一邊流動一邊播放，最后流動完了也就播放完了。

說明：視頻播放的這個例子，如果我們不使用管道和流動的方式，直接先從服務端加載完視頻文件，然后再播放。會造成很多問題

1.  因內存占有太多而導致系統卡頓或者崩潰
2.  因為我們的網速 內存 cpu運算速度都是有限的，而且還要有多個程序共享使用，一個視頻文件加載完可能有幾個g那么大。

讀取大文件data的例子

有一個這樣的需求，想要讀取大文件data的例子

使用文件讀取 

const http = require('http');  
const fs = require('fs');  
const path = require('path');  
const server = http.createServer(function (req, res) {  
    const fileName = path.resolve(__dirname, 'data.txt');  
    fs.readFile(fileName, function (err, data) {  
        res.end(data);  
    });  
});  
server.listen(8000); 

使用文件讀取這段代碼語法上并沒有什么問題，但是如果data.txt文件非常大的話，到了幾百M，在響應大量用戶并發請求的時候，程序可能會消耗大量的內存，這樣可能造成用戶連接緩慢的問題。而且并發請求過大的話，服務器內存開銷也會很大。這時候我們來看一下用stream實現。 

const http = require('http');  
const fs = require('fs');  
const path = require('path');  
const server = http.createServer(function (req, res) {  
    const fileName = path.resolve(__dirname, 'data.txt');  
    let stream = fs.createReadStream(fileName);  // 這一行有改動  
    stream.pipe(res); // 這一行有改動  
});  
server.listen(8000); 

使用stream就可以不需要把文件全部讀取了再返回，而是一邊讀取一邊返回，數據通過管道流動給客戶端，真的減輕了服務器的壓力。

看了兩個例子我想小伙伴們應該知道為什么要使用stream了吧！因為一次性讀取,操作大文件，內存和網絡是吃不消的，因此要讓數據流動起來，一點點的進行操作。

stream流轉過程

再次看這張水桶管道流轉圖

圖中可以看出，stream整個流轉過程包括source，dest，還有連接二者的管道pipe(stream的核心)，分別介紹三者來帶領大家搞懂stream流轉過程。

stream從哪里來-soucre

stream的常見來源方式有三種：

1.  從控制臺輸入
2.  http請求中的request
3.  讀取文件

這里先說一下從控制臺輸入這種方式，2和3兩種方式stream應用場景章節會有詳細的講解。

看一段process.stdin的代碼 

process.stdin.on('data', function (chunk) {  
    console.log('stream by stdin', chunk)  
    console.log('stream by stdin', chunk.toString())  
})  
//控制臺輸入koalakoala后輸出結果  
stream by stdin <Buffer 6b 6f 616c 616b 6f 616c 610a>  
stream by stdin koalakoala 

運行上面代碼：然后從控制臺輸入任何內容都會被data 事件監聽到，process.stdin就是一個stream對象,data 是stream對象用來監聽數據傳入的一個自定義函數，通過輸出結果可看出process.stdin是一個stream對象。

說明：stream對象可以監聽"data","end","opne","close","error"等事件。node.js中監聽自定義事件使用.on方法，例如process.stdin.on(‘data’,…), req.on(‘data’,…),通過這種方式，能很直觀的監聽到stream數據的傳入和結束

連接水桶的管道-pipe

從水桶管道流轉圖中可以看到，在source和dest之間有一個連接的管道pipe,它的基本語法是source.pipe(dest)，source和dest就是通過pipe連接，讓數據從source流向了dest。

stream到哪里去-dest

stream的常見輸出方式有三種：

1.  輸出控制臺
2.  http請求中的response
3.  寫入文件

stream應用場景

stream的應用場景主要就是處理IO操作，而http請求和文件操作都屬于IO操作。這里再提一下stream的本質——由于一次性IO操作過大，硬件開銷太多，影響軟件運行效率，因此將IO分批分段進行操作，讓數據像水管一樣流動起來，直到流動完成，也就是操作完成。下面對幾個常用的應用場景分別進行介紹

介紹一個壓力測試的小工具

一個對網絡請求做壓力測試的工具ab，ab 全稱 Apache bench ，是 Apache 自帶的一個工具，因此使用 ab 必須要安裝 Apache 。mac os 系統自帶 Apache ，windows用戶視自己的情況進行安裝。運行ab 之前先啟動 Apache ，mac os 啟動方式是 sudo apachectl start 。

Apache bench對應參數的詳細學習地址，有興趣的可以看一下Apache bench對應參數的詳細學習地址

介紹這個小工具的目的是對下面幾個場景可以進行直觀的測試，看出使用stream帶來了哪些性能的提升。

get請求中應用stream

這樣一個需求：

使用node.js實現一個http請求，讀取data.txt文件，創建一個服務，監聽8000端口，讀取文件后返回給客戶端，講get請求的時候用一個常規文件讀取與其做對比，請看下面的例子。

•  常規使用文件讀取返回給客戶端response例子 ，文件命名為getTest1.js 

// getTest.js  
const http = require('http');  
const fs = require('fs');  
const path = require('path');  
const server = http.createServer(function (req, res) {  
    const method = req.method; // 獲取請求方法  
    if (method === 'GET') { // get 請求方法判斷  
        const fileName = path.resolve(__dirname, 'data.txt');  
        fs.readFile(fileName, function (err, data) {  
            res.end(data);  
        });  
    }  
});  
server.listen(8000); 

•  使用stream返回給客戶端response 將上面代碼做部分修改，文件命名為getTest2.js 

// getTest2.js  
// 主要展示改動的部分  
const server = http.createServer(function (req, res) {  
    const method = req.method; // 獲取請求方法  
    if (method === 'GET') { // get 請求  
        const fileName = path.resolve(__dirname, 'data.txt');  
        let stream = fs.createReadStream(fileName);  
        stream.pipe(res); // 將 res 作為 stream 的 dest  
    }  
});  
server.listen(8000); 

對于下面get請求中使用stream的例子，會不會有些小伙伴提出質疑，難道response也是一個stream對象，是的沒錯,對于那張水桶管道流轉圖,response就是一個dest。

雖然get請求中可以使用stream，但是相比直接file文件讀取·res.end(data)有什么好處呢？這時候我們剛才推薦的壓力測試小工具就用到了。getTest1和getTest2兩段代碼，將data.txt內容增加大一些，使用ab工具進行測試，運行命令ab -n 100 -c 100 http://localhost:8000/，其中-n 100表示先后發送100次請求，-c 100表示一次性發送的請求數目為100個。對比結果分析使用stream后，有非常大的性能提升，小伙伴們可以自己實際操作看一下。

post中使用stream

一個通過post請求微信小程序的地址生成二維碼的需求。 

/*  
* 微信生成二維碼接口  
* params src 微信url / 其他圖片請求鏈接  
* params localFilePath: 本地路徑  
* params data: 微信請求參數  
* */  
const downloadFile=async (src, localFilePath, data)=> {  
    try{  
        const ws = fs.createWriteStream(localFilePath);  
        returnnewPromise((resolve, reject) => {  
            ws.on('finish', () => {  
                resolve(localFilePath);  
            });  
            if (data) {  
                request({  
                    method: 'POST',  
                    uri: src,  
                    json: true,  
                    body: data  
                }).pipe(ws);  
            } else {  
                request(src).pipe(ws);  
            }  
        });  
    }catch (e){  
        logger.error('wxdownloadFile error: ',e);  
        throw e;  
    }  
} 

看這段使用了stream的代碼，為本地文件對應的路徑創建一個stream對象，然后直接.pipe(ws),將post請求的數據流轉到這個本地文件中，這種stream的應用在node后端開發過程中還是比較常用的。

post與get使用stream總結

request和reponse一樣，都是stream對象，可以使用stream的特性，二者的區別在于，我們再看一下水桶管道流轉圖，

request是source類型，是圖中的源頭，而response是dest類型，是圖中的目的地。

在文件操作中使用stream

一個文件拷貝的例子 

const fs = require('fs')  
const path = require('path')  
// 兩個文件名  
const fileName1 = path.resolve(__dirname, 'data.txt')  
const fileName2 = path.resolve(__dirname, 'data-bak.txt')  
// 讀取文件的 stream 對象  
const readStream = fs.createReadStream(fileName1)  
// 寫入文件的 stream 對象  
const writeStream = fs.createWriteStream(fileName2)  
// 通過 pipe執行拷貝，數據流轉  
readStream.pipe(writeStream)  
// 數據讀取完成監聽，即拷貝完成  
readStream.on('end', function () {  
    console.log('拷貝完成')  
}) 

看了這段代碼，發現是不是拷貝好像很簡單，創建一個可讀數據流readStream，一個可寫數據流writeStream,然后直接通過pipe管道把數據流轉過去。這種使用stream的拷貝相比存文件的讀寫實現拷貝，性能要增加很多，所以小伙伴們在遇到文件操作的需求的時候，盡量先評估一下是否需要使用stream實現。

前端一些打包工具的底層實現

目前一些比較火的前端打包構建工具，都是通過node.js編寫的，打包和構建的過程肯定是文件頻繁操作的過程，離不來stream,例如現在比較火的gulp,有興趣的小伙伴可以去看一下源碼。

stream的種類

•  Readable Stream 可讀數據流
•  Writeable Stream 可寫數據流
•  Duplex Stream 雙向數據流，可以同時讀和寫
•  Transform Stream 轉換數據流，可讀可寫，同時可以轉換（處理）數據(不常用)

之前的文章都是圍繞前兩種可讀數據流和可寫數據流，第四種流不太常用，需要的小伙伴網上搜索一下，接下來對第三種數據流Duplex Stream 說明一下。

Duplex Stream 雙向的，既可讀，又可寫。Duplex streams同時實現了 Readable和Writable 接口。Duplex streams的例子包括

•  tcp sockets
•  zlib streams
•  crypto streams我在項目中還未使用過雙工流，一些Duplex Stream的內容可以參考這篇文章NodeJS Stream 雙工流

stream有什么弊端

•  用 rs.pipe(ws) 的方式來寫文件并不是把 rs 的內容 append 到 ws 后面，而是直接用 rs 的內容覆蓋 ws 原有的內容
•  已結束/關閉的流不能重復使用，必須重新創建數據流
•  pipe 方法返回的是目標數據流，如 a.pipe(b) 返回的是 b，因此監聽事件的時候請注意你監聽的對象是否正確
•  如果你要監聽多個數據流，同時你又使用了 pipe 方法來串聯數據流的話，你就要寫成：代碼實例： 

data  
       .on('end', function() {  
           console.log('data end');  
       })  
       .pipe(a)  
       .on('end', function() {  
           console.log('a end');  
       }) 
       .pipe(b)  
       .on('end', function() {  
           console.log('b end');  
       }); 

stream的常見類庫

•  event-stream 用起來有函數式編程的感覺
•  awesome-nodejs#streams也是一個不錯的第三方stream庫，有興趣的小伙伴可以github看一下

總結

本篇文章屬于進階路線【Node必知必會系列】，看完了這篇文章是不是對stream有了一定的了解，并且知道了node對于文件處理還是有完美的解決方案的。本文中三次展示了水桶管道流轉圖,總要的事情說三遍希望小伙伴們記住它，除了以上內容小伙伴們會不會有一些思考，比如

1.  stream數據流轉具體內容是什么呢？二進制還是string類型還是其他類型,該類型為stream帶來了什么好處？
2.  水桶管道流轉圖中的水管，也就是pipe函數什么時候觸發的呢？在什么情況下觸流轉發？底層機制是什么？上面的疑問(由于篇幅過長拆分為兩篇)會在我stream的第二篇文章為大家詳細講解