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Node 之 Stream 深度剖析：从原理到项目实战应用场景全解

article 2025/1/11 15:00:48

Node.js 中的 Stream

在 Node.js 中，Stream 是处理数据的抽象接口，尤其适用于处理大块数据流，而不是一次性加载整个数据。它提供了对数据的流式读写操作，可以帮助我们高效地处理 I/O 操作，比如文件读写、HTTP 请求、数据库交互等。

Stream 的基本类型

Readable Stream（可读流）：数据可以从流中读取。常见的可读流包括文件读取、HTTP 请求流、数据库查询等。
Writable Stream（可写流）：数据可以写入流中。常见的可写流包括文件写入、HTTP 响应流等。
Duplex Stream（双工流）：既可以读取，也可以写入。常见的双工流包括网络通信、双向数据流等。
Transform Stream（转换流）：是特殊类型的双工流，可以在读写过程中对数据进行转换。常见的如压缩、加密等操作。

为什么使用 Stream

内存高效：Stream 避免一次性将大数据加载到内存中，而是分块读取和写入数据，减少了内存的消耗。
性能更高：在处理大量数据时，Stream 允许数据一边读取一边处理，从而提高了性能和响应速度。
流式操作：通过事件驱动的方式来处理数据的读写，避免了阻塞，使得 Node.js 在高并发情况下仍能保持高效。

Stream 的基本操作

Stream 操作有很多常见的 API，可以通过事件监听器来控制数据流的流动：

stream.read()：从流中读取数据。
stream.write()：向流中写入数据。
stream.pipe()：将一个可读流与一个可写流连接起来。

Stream 的应用场景

文件读取和写入：在处理大文件时，直接读取文件的全部内容会占用大量内存，而使用 Stream 可以逐步读取文件，降低内存使用。
HTTP 请求和响应：在 Web 应用中，Stream 用于处理请求体和响应体的数据流。这样可以在接收到请求数据时就开始处理，而不必等待整个请求体被读取完成。
数据转换：通过 Transform Stream 可以实现数据的转码、压缩、加密等操作。比如，将数据压缩成 gzip 格式再发送给客户端。
实时数据处理：适合用于实时数据流，比如 WebSocket、日志处理、传感器数据等。

实际项目中的 Stream 使用示例

下面通过一个文件操作的示例来展示如何使用 Node.js 中的 Stream：

示例 1：文件读取与写入

假设我们需要读取一个大的文本文件，并将其内容转换成大写后写入另一个文件中。

const fs = require('fs');

// 创建可读流
const readableStream = fs.createReadStream('largeFile.txt', 'utf8');

// 创建可写流
const writableStream = fs.createWriteStream('outputFile.txt');

// 使用转换流进行大写转换
const transformStream = require('stream').Transform({
  transform(chunk, encoding, callback) {
    // 将数据转换为大写
    this.push(chunk.toString().toUpperCase());
    callback();
  }
});

// 将流连接起来：读取 -> 转换 -> 写入
readableStream
  .pipe(transformStream)   // 使用转换流进行数据转换
  .pipe(writableStream);    // 将转换后的数据写入文件

readableStream.on('end', () => {
  console.log('文件转换完成！');
});

解释：

fs.createReadStream()：创建一个可读流，用于读取大文件。
fs.createWriteStream()：创建一个可写流，用于将数据写入输出文件。
stream.Transform：自定义一个转换流，将读取到的数据转为大写。
pipe()：将数据从一个流流向另一个流。在这里，我们将可读流的输出通过转换流再传递给可写流。

通过 pipe() 方法，我们可以串联多个流，使得数据从一个流到另一个流进行处理，避免了将整个文件一次性加载到内存中的问题，从而提高了效率。

示例 2：HTTP 请求和响应使用 Stream

在 Web 应用中，我们经常需要处理 HTTP 请求和响应体的流。以下是一个简单的示例，展示如何使用 Stream 从客户端请求中读取数据并处理：

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  let data = '';

  // 将请求的 Body 数据流式读取并拼接
  req.on('data', chunk => {
    data += chunk;
  });

  req.on('end', () => {
    console.log('接收到的请求数据:', data);
    
    // 将处理后的数据响应回客户端
    res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain' });
    res.end('数据已处理');
  });

  req.on('error', err => {
    console.error('请求出错:', err);
    res.writeHead(500, { 'Content-Type': 'text/plain' });
    res.end('服务器错误');
  });
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('服务器运行在 http://localhost:3000');
});