【ITニュース解説】# Master Node.js Stream Types in 10 Minutes

Node.jsのストリームは、アプリケーションが大量のデータを扱う際に非常に役立つ技術だ。データ全体を一度に読み込むのではなく、小さな塊（チャンク）に分割して段階的に処理することで、効率的かつスケーラブルなデータフローを実現する。このアプローチの最大の利点は、メモリ効率の向上にある。従来のデータ処理では、巨大なファイルを丸ごとメモリにロードすると、メモリが不足してアプリケーションがクラッシュするリスクがあった。しかし、ストリームはデータをチャンク単位で処理するため、常に必要な分だけをメモリに保持し、メモリ使用量を最小限に抑えることができる。さらに、「バックプレッシャー」という仕組みにより、データが処理される速度よりも速く流れてくる場合に、一時的にデータの流れを止めて調整することが可能だ。これにより、システムが過負荷になるのを防ぎ、アプリケーションの応答性を維持する。

Node.jsには、データの扱いに応じて主に4種類のストリームが存在する。それぞれのストリームは特定の目的に特化しており、適切に使い分けることで様々なデータ処理を効率的に行える。

一つ目は「Readable Stream（読み込みストリーム）」だ。これはデータを「読む」ことに特化したストリームで、データソースからデータをチャンク単位で取得する際に使用する。例えば、非常に大きなテキストファイルを読み込む場合や、HTTPリクエストで送られてくるデータを処理する場合、あるいはデータベースから大量のデータを取得する場合などに適している。ファイル全体をメモリにロードする代わりに、少しずつ読み込み、読み込んだ分だけを処理することで、メモリの消費を抑えられる。具体的な実装では、fsモジュールに含まれるcreateReadStreamのような関数を使ってファイルから読み込みストリームを作成する。作成したストリームは、データが届くたびにdataイベントを発火させ、そこでデータの塊を受け取って処理する。ファイルの読み込みが完了するとendイベントが発火し、読み込みの終了を検知できる。また、読み込み中にエラーが発生した場合にはerrorイベントでそのエラーを捕捉し、適切に処理する仕組みが提供されている。

二つ目は「Writable Stream（書き込みストリーム）」だ。これはデータを「書く」ことに特化したストリームで、データを宛先へチャンク単位で書き込む際に使用する。例えば、アプリケーションのログをファイルに記録する場合や、HTTPレスポンスとしてクライアントにデータを送り返す場合、あるいはデータベースにデータを書き込む場合などに利用される。Readable Streamと同様に、データを少しずつ書き込むことで、書き込み先の負荷を調整し、メモリ効率を保つ。具体的な実装では、fsモジュールに含まれるcreateWriteStreamのような関数を使ってファイルへの書き込みストリームを作成する。作成したストリームに対してはwriteメソッドを使ってデータの塊を書き込み、すべてのデータの書き込みが完了したらendメソッドを呼び出す。データの書き込み処理がすべて完了するとfinishイベントが発火し、書き込みの完了を把握できる。Readable Streamと同様に、書き込み中にエラーが発生した場合にはerrorイベントでそのエラーを捕捉し処理できる。

三つ目は「Duplex Stream（双方向ストリーム）」だ。このストリームはReadable StreamとWritable Streamの両方の性質を併せ持っており、同じ接続を通じてデータの読み書きの両方を行うことができる。つまり、データを送信しながら同時にデータを受信するといった、双方向の通信が必要なシナリオで利用される。最も一般的な使用例としては、TCPソケットやWebSocketsが挙げられる。これらのプロトコルでは、クライアントとサーバーが同時にデータの送受信を行うため、Duplex Streamがその基盤となる。具体的な実装では、netモジュールを使ってTCPソケットを作成する。このソケットはDuplex Streamとして機能し、writeメソッドでデータを送信し、同時にon('data')イベントで受信したデータを処理するといった双方向通信を実現できる。接続が終了した場合にはendイベントが発火し、エラー時にはerrorイベントで処理する。

最後に「Transform Stream（変換ストリーム）」だ。これはDuplex Streamの一種であり、データを読み込み、それを何らかの形で加工・変換してから書き出すという特殊な役割を持つ。入力されたデータをそのまま出力するのではなく、途中で変更を加えることがその特徴だ。具体的な用途としては、データの圧縮・解凍、暗号化・復号化、データフォーマットの変換（例えば、CSVからJSONへの変換）などが挙げられる。入力ストリームからデータを受け取り、内部で変換処理を行った後、出力ストリームへと渡す。具体的な実装では、streamモジュールからTransformクラスをインポートし、これを継承して独自の変換ロジックを実装する。変換処理は_transformメソッド内で行われ、受け取ったデータの塊を加工した後、this.push()メソッドを使って変換後のデータを出力ストリームに渡す。これにより、例えば標準入力から受け取ったテキストをすべて大文字に変換して標準出力に表示するといったことが、ストリームパイプラインの一部として実現できる。

これらのNode.jsストリームをマスターすることは、メモリ使用量を効率的に管理し、システムの過負荷を防ぐバックプレッシャーを適切に扱い、大規模なデータ処理をスムーズに行うための鍵となる。Readable Streamでデータを取り込み、Writable Streamでデータを出力し、Duplex Streamで双方向通信を確立し、Transform Streamでデータを加工するという、それぞれのストリームの役割を理解し活用することで、より高速でスケーラブルなNode.jsアプリケーションを構築できるようになるだろう。