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浅谈手写node可读流之流动模式

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node的可读流基于事件

可读流之流动模式，这种流动模式会有一个"开关"，每次当"开关"开启的时候，流动模式起作用，如果将这个"开关"设置成暂停的话，那么，这个可读流将不会去读取文件，直到将这个"开关"重新置为流动。

读取文件流程

读取文件内容的流程，主要为:

  1. 打开文件，打开文件成功，将触发open事件，如果打开失败，触发error事件和close事件，将文件关闭。
  2. 开始读取文件中的内容，监听data事件，数据处于流动状态，可通过修改开关的状态来暂停读取。
  3. 每次读取到的内容放入缓存中，并通过data事件将数据发布出去。
  4. 当文件中的内容读取完毕之后，将文件关闭。

这一系列动作都是基于事件来进行操作的，而node中的事件我们都知道是一种发布订阅模式来实现的。

下面我们来看一看，node是如何使用可读流来读取文件中的内容？

node 可读流参数

首先我们通过fs模块来创建一个可读流，可读流接受两个参数：

  1. 第一个参数是要读取的文件地址，在这里指明你要读取哪个文件。
  2. 第二个参数是可选项，这个参数是一个对象，用来指定可读流的一些具体的参数。

如下几个参数我们来一一说明：

  • highWaterMark:设置高水位线，这个参数主要用于在读取文件时，可读流会将文件中的内容读取到缓存当中，而这里我们需要创建一个buffer来缓存这些数据，所以这个参数是用来设置buffer的大小，如果不对这个参数进行设置的话，可读流默认的配置64k。
  • flags:这个参数主要用于设置文件的执行模式，比如说我们具体的操作适用于读取文件还是写入文件等这些操作。如果是写入文件的话那我们，使用的是w。如果是读取文件的话那这个操作符就应该是r。

下面这张表格就说明了不同的符号代表不同含义：

符号 含义
r 读文件，文件不存在报错
r+ 读取并写入，文件不存在报错
rs 同步读取文件并忽略缓存
w 写入文件，不存在则创建，存在则清空
wx 排它写入文件
w+ 读取并写入文件，不存在则创建，存在则清空
wx+ 和w+类似，排他方式打开
a 追加写入
ax 与a类似，排他方式写入
a+ 读取并追加写入，不存在则创建
ax+ 作用与a+类似，但是以排他方式打开文件

  • autoClose:这个参数主要用于，对文件的关闭的一些控制。如果文件再打开的过程或者其他操作的过程中出现了错误的情况下，需要将文件进行关闭。那这个参数是设置文件是否自动关闭的功能。
  • encoding:node中用buffer来读取文件操作的东西二进制数据。这些数据展现出来的话我们是一堆乱码，所以需要，要我们对这个数据指定一个具体的编码格式。然后将会对这些数据进行编码转化，这样转化出来的数据就是我们能看懂的数据。
  • starts:这个参数主要用于指定从什么位置开始读取文件中的内容，默认的话是从零开始。
  • ends:这个参数主要用于指定定具体要读取文件多长的数据，这里需要说明一下，这个参数是包括本身的位置，也就是所谓的包前和包后。

下面我们来看看可读流具体例子：

let fs = require("fs");
let rs = fs.createReadStream("./a.js", {
  highWaterMark: 3,
  encoding: "utf8",
  autoClose: true,
  start: 0,
  end: 9
});
rs.on("open", () => {console.log("open");});
rs.on("close", () => {console.log("close");});
rs.on("data", data => {
  console.log(data);
  rs.pause();//暂停读取 此时流动模式为暂停模式
});
setInterval(() => {
  rs.resume();//重新设置为流动模式，开始读取数据
}, 1000);
rs.on("end", () => { console.log("end"); });
rs.on("error", err => { console.log(err); });

手写可读流第一步

上面我们说过，node可读流是基于node的核心模块事件来完成的，所以在实现我们自己的可读流时需要继承events模块，代码如下：

let fs = require('fs');
let EventEmitter = require('events');
class ReadStream extends EventEmitter {

}

继承了EventEmitter类，我们就可以使用EventEmitter类中的各个方法，并且同样是采用发布订阅的模式了处理事件。

第二步：处理可读流配置的参数

上面我们提到，node中创建可读流时可以对这个流配置具体的参数，比如

let rs = fs.createReadStream("./a.js", {
  highWaterMark: 3,
  encoding: "utf8",
  autoClose: true,
  start: 0,
  end: 9
});

那么对于这些参数，我们自己实现的可读流类也需要对这些参数进行处理，那么这些参数该如何进行处理呢？

constructor(path, options = {}) {
  super();
  this.path = path; //指定要读取的文件地址
  this.highWaterMark = options.highWaterMark || 64 * 1024;
  this.autoClose = options.autoClose || true; //是否自动关闭文件
  this.start = options.start || 0; //从文件哪个位置开始读取
  this.pos = this.start; // pos会随着读取的位置改变
  this.end = options.end || null; // null表示没传递
  this.encoding = options.encoding || null;// buffer编码
  this.flags = options.flags || 'r';

  this.flowing = null; // 模式开关
  this.buffer = Buffer.alloc(this.highWaterMark);// 根据设置创建一个buffer存储读出来的数
  this.open();
}

通常配置的原则是以用户配置的参数为准，如果用户没有对这个参数进行设置的话，就采用默认的配置。

实现可读流第三步：打开文件

这里原理是使用node模块fs中的open方法。首先我们来回顾下fs.open()方法的使用。

fs.open(filename,flags,[mode],callback);
//实例
fs.open('./1,txt','r',function(err,fd){});

这里需要说明下，回调函数callback中有2个参数：

  1. 第一个是error，node中异步回调都会返回的一个参数，用来说明具体的错误信息
  2. 第二个参数是fd，是文件描述符，用来标识文件，等价于open函数的第一个参数

好了，现在我们来看看我们自己的可读流的open方法该如何实现吧:

open() {
  fs.open(this.path, this.flags, (err, fd) => { 
    //fd标识的就是当前this.path这个文件，从3开始(number类型)
    if (err) {
      if (this.autoClose) { // 如果需要自动关闭则去关闭文件
        this.destroy(); // 销毁(关闭文件，触发关闭事件)
      }
      this.emit('error', err); // 如果有错误触发error事件
      return;
    }
    this.fd = fd; // 保存文件描述符
    this.emit('open', this.fd); // 触发文件的打开的方法
  });
}

从代码上我们可以看出:

fs.open函数是异步函数，也就是说callback是异步执行的，在成功打开文件的情况下，fd这个属性也是异步获取到的，这点需要注意。

另外重要的一点是，如果在打开文件发生错误时，则表明打开文件失败，那么此时就需要将文件关闭。

实现可读流第四步：读取文件内容

上面我们详细说过，可读流自身定义了一个"开关"，当我们要读取文件中的内容的时候，我们需要将这个"开关"打开，那么node可读流本身是如何来打开这个"开关"的呢？

监听data事件

node可读流通过监听data事件来实现这个"开关"的开启:

rs.on("data", data => {
  console.log(data);
});

当用户监听data事件的时候，"开关"开启，不停的从文件中读取内容。那么node是怎么监听data事件的呢？
答案就是 事件模块的newListener

这是因为node可读流是基于事件的，而事件中，服务器就可以通过newListener事件监听到从用户这边过来的所有事件，每个事件都有对应的类型，当用户监听的是data事件的时候，我们就可以获取到，然后就可以去读取文件中的内容了，那我们自己的可读流该如何实现呢？

// 监听newListener事件，看是否监听了data事件，如果监听了data事件的话，就开始启动流动模式，读取文件中的内容
this.on("newListener", type => {
  if (type === "data") {
    // 开启流动模式，开始读取文件中的内容
    this.flowing = true;
    this.read();
  }
});

好了，知道了这个"开关"是如何打开的，那么这个时候就到了真正读取文件中内容的关键时候了，先上代码先：

read() {
  // 第一次读取文件的话，有可能文件是还没有打开的，此时this.fd可能还没有值
  if (typeof this.fd !== "number") {
    // 如果此时文件还是没有打开的话，就触发一次open事件，这样文件就真的打开了，然后再读取
    return this.once("open", () => this.read());
  }
  // 具体每次读取多少个字符，需要进行计算,因为最后一次读取倒的可能比highWaterMark小
  let howMuchRead = this.end ? Math.min(this.end - this.pos + 1, this.highWaterMark) : this.highWaterMark;
  fs.read(this.fd, this.buffer, 0, howMuchRead, this.pos, (err, byteRead) => {
    // this.pos 是每次读取文件读取的位置，是一个偏移量，每次读取会发生变化
    this.pos += byteRead;
    // 将读取到的内容转换成字符串串，然后通过data事件，将内容发布出去
    let srr = this.encoding ? this.buffer.slice(0, byteRead).toString(this.encoding) : this.buffer.slice(0, byteRead);
    // 将内容通过data事件发布出去
    this.emit("data", srr);
    // 当读取到到内容长度和设置的highWaterMark一致的话，并且还是流动模式的话，就继续读取
    if ((byteRead === this.highWaterMark) && this.flowing) {
      return this.read();
    }
    // 没有更多的内容了，此时表示文件中的内容已经读取完毕
    if (byteRead < this.highWaterMark) {
      // 读取完成，发布end方法，并关闭文件
      this.emit("end");
      this.destory();
    }
  });
}

这里我们特别要注意的是：

  1. 文件是否已经打开，是否获取到fd，如果没有打开的话，则再次触发open方法
  2. 分批次读取文件内容，每次读取的内容是变化的，所以位置和偏移量是要动态计算的
  3. 控制读取停止的条件。

实现可读流第五步：关闭文件

好了，到现在，基础的读取工作已经完成，那么就需要将文件关闭了，上面的open和read方法里面都调用了一个方法：destory，没错，这个就是关闭文件的方法，好了，那么我们来看看这个方法该如何实现吧

destory() {
  if (typeof this.fd !== "number") {
    // 发布close事件
    return this.emit("close");
  }
  // 将文件关闭，发布close事件
  fs.close(this.fd, () => {
    this.emit("close");
  });
}

当然这块的原理就是调用fs模块的close方法啦。

实现可读流第六步：暂停和恢复

既然都说了，node可读流有一个神奇的"开关"，就像大坝的阀门一样，可以控制水的流动，同样也可以控制水的暂停啦。当然在node可读流中的暂停是停止对文件的读取，恢复就是将开关打开，继续读取文件内容，那么这两个分别对应的方法就是pause()和resume()方法。

那么我们自己的可读流类里面该如何实现这两个方法的功能呢？非常简单：

我们在定义类的私有属性的时候，定义了这样一个属性flowing，当它的值为true时表示开关打开，反之关闭。

pause() {
  this.flowing = false;// 将流动模式设置成暂停模式，不会读取文件
}
resume() {
  this.flowing = true;//将模式设置成流动模式，可以读取文件
  this.read();// 重新开始读取文件
}

好了，关于node可读流的实现我们就写到这里，快快敲起代码，动手实现一个你自己的可读流吧！

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