面试题：Node.js 流的背压处理机制及应用场景

Question

在 Node.js 流操作中，背压（Backpressure）是一个重要的概念。请详细解释背压产生的原因、Node.js 中处理背压的机制，并举出至少一个实际应用场景中需要处理背压的例子，并说明如何处理。

Answer 1

背压产生的原因

在 Node.js 流操作中，背压通常产生于可读流（Readable Stream）产生数据的速度快于可写流（Writable Stream）消费数据的速度。例如，当一个可读流从文件系统快速读取数据，而对应的可写流是向网络套接字写入数据，由于网络传输速度相对较慢，可写流处理数据的速度跟不上可读流产生数据的速度，此时就会出现背压。

Node.js 中处理背压的机制

1. pipe() 方法：Node.js 的 stream 模块中的 pipe() 方法会自动处理背压。当使用 readable.pipe(writable) 时，可读流会根据可写流的 highWaterMark（缓冲区水位标记）来暂停和恢复数据的读取。如果可写流的内部缓冲区已满（达到 highWaterMark），可读流会暂停读取数据，直到可写流处理完部分数据，触发 drain 事件，此时可读流再恢复读取。
2. 手动处理：通过监听可读流的 data 事件和可写流的 drain 事件来手动处理背压。在 data 事件中，当写入可写流的数据返回 false 时，说明可写流缓冲区已满，此时需要暂停可读流；当可写流触发 drain 事件时，说明其缓冲区有空间了，可以恢复可读流。

实际应用场景及处理方式

场景：从文件读取大量数据并通过网络发送出去，比如文件上传功能。假设要将一个大文件上传到远程服务器。 处理方式：

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

const server = http.createServer((req, res) => {
    const readableStream = fs.createReadStream('largeFile.txt');
    const writableStream = res;

    let paused = false;
    readableStream.on('data', (chunk) => {
        if (paused) {
            // 如果因为背压暂停了，将数据缓存到内部缓冲区
            return;
        }
        const writeResult = writableStream.write(chunk);
        if (!writeResult) {
            paused = true;
            readableStream.pause();
        }
    });

    writableStream.on('drain', () => {
        paused = false;
        readableStream.resume();
    });

    readableStream.on('end', () => {
        writableStream.end();
    });
});

server.listen(3000, () => {
    console.log('Server is running on port 3000');
});

在上述代码中，从文件读取数据（fs.createReadStream）作为可读流，HTTP 响应（res）作为可写流。通过监听 data 事件和 drain 事件来处理背压，确保文件数据能平稳地通过网络发送出去，不会因为网络传输速度慢导致内存溢出等问题。