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Node.js中使用Buffer編碼、解碼二進制數據詳解

2019-11-20 14:15:59
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來源:轉載
供稿:網友

JavaScript很擅長處理字符串,但是因為它最初的設計是用來處理HTML文檔,因此它并不太擅長處理二進制數據。JavaScript沒有byte類型,沒有結構化的類型(structured types),甚至沒有字節數組,只有數字和字符串。(原文:JavaScript doesn't have a byte type ― it just has numbers ― or structured types, or http://skylitecellars.com/ even byte arrays: It just has strings.)

因為Node基于JavaScript,它自然可以處理類似HTTP這樣的文本協議,但是你也可以用它來跟數據庫交互,處理圖片或文件上傳等,可以想象,如果僅僅用字符串來做這些事得有多困難。早些時候,Node通過將byte編碼成文本字符來處理二進制數據,但這種方式后來被證明并不可行,既浪費資源,又緩慢,又不靈活,而且難以維護。

Node有一個二進制緩沖實現Buffer,這個偽類(pseudo-class)提供了一系列處理二進制數據的API,簡化了那些需要處理二進制數據的任務。緩沖的長度由字節數據的長度決定,而且你可以隨機的設置和獲取緩沖內的字節數據。

注意:Buffer類有一個特殊的地方,緩沖內的字節數據所占用的內存不是分配在JavaScrp

It VM內存堆上的,也就是說這些對象不會被JavaScript的垃圾回收算法處理,取而代之的是一個不會被修改的永久內存地址,這也避免了因緩沖內容的內存復制所造成的CPU浪費。

創建緩沖

你可以用一個UTF-8字符串創建緩沖,像這樣:

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer(‘Hello World!');

也可以用指定編碼的字符串創建緩沖:
復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer('8b76fde713ce', 'base64');

可接受的字符編碼和標識如下:

1.ascii――ASCI,僅適用于ASCII字符集。
2.utf8――UTF-8,這種可變寬編碼適用于Unicode字符集的任何字符,它已經成了Web世界的首選編碼,也是Node的默認編碼類型。
3.base64――Base64,這種編碼基于64個可打印ASCII字符來表示二進制數據,Base64通常用于在字符文檔內嵌入可以被轉化成字符串的二進制數據,在需要時又可以完整無損的轉換回原來的二進制格式。

如果沒有數據來初始化緩沖,可以用指定的容量大小來創建一個空緩沖:

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer(1024); // 創建一個1024字節的緩沖

獲取和設置緩沖數據

創建或接收一個緩沖對象后,你可能要查看或者修改它的內容,可以通過[]操作符來訪問緩沖的某個字節:

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer('my buffer content');
// 訪問緩沖內第10個字節
console.log(buf[10]); // -> 99

注意:當你(使用緩沖容量大小來)創建一個已初始化的緩沖時,一定要注意,緩沖的數據并沒有被初始化成0,而是隨機數據。

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer(1024);

console.log(buf[100]); // -> 5 (某個隨機值)

你可以這樣修改緩沖里任何位置的數據:

復制代碼 代碼如下:

buf[99] = 125; // 把第100個字節的值設置為125

注意:在某些情況下,一些緩沖操作并不會產生錯誤,比如:

1.緩沖內的字節最大值為255,如果某個字節被賦予大于256的數字,將會用256對其取模,然后將結果賦給這個字節。
2.如果將緩沖的某個字節賦值為256,它的實際值將會是0(譯者注:其實跟第一條重復,256%256=0)
3.如果用浮點數給緩沖內某個字節賦值,比如100.7,實際值將會是浮點數的整數部分――100
4.如果你嘗試給一個超出緩沖容量的位置賦值,賦值操作將會失敗,緩沖不做任何修改。

你可以用length屬性獲取緩沖的長度:

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer(100);

console.log(buf.length); // -> 100

還可以使用緩沖長度迭代緩沖的內容,來讀取或設置每個字節:

復制代碼 代碼如下:

var buf = new Buffer(100);

for(var i = 0; i < buf.length; i++) {

    buf[i] = i;

}

上面代碼新建了一個包含100個字節的緩沖,并從0到99設置了緩沖內每個字節。

切分緩沖數據

一旦創建或者接收了一個緩沖,你可能需要提取緩沖數據的一部分,可以通過指定起始位置來切分現有的緩沖,從而創建另外一個較小的緩沖:

復制代碼 代碼如下:

var buffer = new Buffer("this is the content of my buffer");

var smallerBuffer = buffer.slice(8, 19);

console.log(smallerBuffer.toString()); // -> "the content"

注意,當切分一個緩沖的時候并沒有新的內存被分配或復制,新的緩沖使用父緩沖的內存,它只是父緩沖某段數據(由起始位置指定)的引用。這段話含有幾個意思。

首先,如果你的程序修改了父緩沖的內容,這些修改也會影響相關的子緩沖,因為父緩沖和子緩沖是不同的JavaScript對象,因此很容易忽略這個問題,并導致一些潛在的bug。

其次,當你用這種方式從父緩沖創建一個較小的子緩沖時,父緩沖對象在操作結束后依然會被保留,并不會被垃圾回收,如果不注意的話,很容易會造成內存泄露。

注意:如果你擔心因此產生內存泄露問題,你可以使用copy方法來替代slice操作,下面將會介紹copy。

復制緩沖數據

你可以像這樣用copy將緩沖的一部分復制到另外一個緩沖:

復制代碼 代碼如下:

var buffer1 = new Buffer("this is the content of my buffer");

var buffer2 = new Buffer(11);

var targetStart = 0;

var sourceStart = 8;

var sourceEnd = 19;

buffer1.copy(buffer2, targetStart, sourceStart, sourceEnd);

console.log(buffer2.toString()); // -> "the content"

上面代碼,復制源緩沖的第9到20個字節到目標緩沖的開始位置。

解碼緩沖數據

緩沖數據可以這樣轉換成一個UTF-8字符串:

復制代碼 代碼如下:

var str = buf.toString();

還可以通過指定編碼類型來將緩沖數據解碼成任何編碼類型的數據。比如,你想把一個緩沖解碼成base64字符串,可以這么做:

復制代碼 代碼如下:

var b64Str = buf.toString("base64");

使用toString函數,你還可以把一個UTF-8字符串轉碼成base64字符串:
復制代碼 代碼如下:

var utf8String = 'my string';

var buf = new Buffer(utf8String);

var base64String = buf.toString('base64')

小結

有時候,你不得不跟二進制數據打交道,但是原生JavaScript又沒有明確的方式來做這件事,于是Node提供了Buffer類,封裝了一些針對連續內存塊的操作。你可以在兩個緩沖之間切分或復制內存數據。

你也可以把一個緩沖轉換成某種編碼的字符串,或者反過來,把一個字符串轉化成緩沖,來訪問或處理每個bit。

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