Node -- 理解Buffer

布满荆棘的人生 2022-06-13 08:53 219阅读 0赞

在Node中，应用需要处理网络协议、操作数据库、处理图片、接收上传文件等，在网络流和文件的操作中，还需要处理大量二进制数据。于是Buffer对象应运而生了。

# Buffer结构 #

Buffer是一个像Array的对象，但是主要用来操作字节。

## 模块结构 ##

Buffer是一个典型的JavaScript和C++结合的模块，它将性能相关部分用C++实现，将非性能部分用JS实现。

由于Buffer太过常见了，Node在进程启动时就已经加载了它，并将其放在全局对象上，所以在使用Buffer的时候，无须通过require就可以直接使用。

## Buffer对象 ##

Buffer对象类似于数组，它的元素为16进制的两位数，即0-255。  
中文字在UTF-8编码下占用3个元素，字母和半角字符占用一个元素。

可以访问Buffer对象的length属性得到长度，也可以通过下标访问元素。

构造对象：

var buf = new Buffer(100); 
    console.log(buf.length); // => 100

这些都和Array很像对吧～

上述代码分配了一个100字节的Buffer对象，它的元素值是一个0-255的随机值。

但是如果我们给Buffer\[n\]分配的不是0-255的整数或者是小数的时候回怎样呢？

如果给元素的赋值小于0，就会逐次+256，直到得到一个0-255的整数。如果大于255就逐次-256。如果是小数，就直接舍弃小数部分。（喵）

## Buffer内存分配 ##

Buffer对象的内存分配不是在V8的堆内存中，而是在Node的C++层面实现内存申请的。

也就是，Node在内存上应用的是在C++层面申请内存，在JS中分配内存的策略。

为了高效的使用申请来的内存，Node采用了slab分配机制。slab是一种动态内存管理机制。

简单而言，slab就是一块申请好的固定大小的内存区域，它有如下3种状态。  
1、full：完全分配  
2、partial：部分分配  
3、empty：没有被分配

Node以8KB为界限来区分Buffer是大对象还是小对象。这个8KB的值也就是一个slab的大小，在JS层面，以它为单位单元来进行内存的分配。

### 分配小Buffer对象 ###

使用局部变量pool作为中间处理对象。

利用pool的used属性记录使用了slab多少个字节。

再次创建Buffer的时候，回判断当前slab的剩余空间是否足够，不够的话就会构造新的slab，那么原来slab中剩余的空间将被浪费。

### 分配大Buffer对象 ###

如果需要超过8KB的Buffer对象，将回直接分配一个SlowBuffer对象作为slab单元，这个slab单元将会被这个大Buffer对象独占。

总结：真正的内存是在Node的C++层面提供的，JS层面只是使用它。

# Buffer的转换 #

支持的编码类型：

ASCII
    UTF-8
    UTF-16LE/UCS-2
    Base64
    Binary
    Hex

## 字符串转Buffer ##

通过构造函数完成：

new Buffer(str, [encoding]);// encoding默认为UTF-8

一个Buffer对象可以存储不同编码类型的字符串转码的值。

buf.write(string, [offset], [length], [encoding])

## Buffer转字符串 ##

buf.toString([encoding], [start], [end])

## Buffer不支持的编码类型 ##

检测是否支持转换某个编码格式：

Buffer.isEncoding(encoding)

很遗憾，在中国常用的GBK，GB2312和BIG-5编码都不支持。（啊哦）

# Buffer的拼接 #

读取文件：

var fs = require('fs');
    var rs = fs.createReadStream('test.md');
    var data = '';
    rs.on("data", function (chunk){ 
        data += chunk; 
    });
    rs.on("end", function () {  
        console.log(data);
    });

这里的chunk对象就是Buffer对象。

但是，一旦输入流中有宽字节编码时，问题就会暴露出来——会出现乱码。

潜藏的问题来源于：`data += chunk;`

这段话等价于：`data = data.toString() + chunk.toString();`

对于宽字节的中文，就会出现问题

## 乱码是如何产生的 ##

原因就是，中文字在UTF-8编码下占用3个字节，当一个中文字正好被Buffer对象截断的时候，就会出现乱码。

## setEncoding & string\_decoder ##

readable.setEncoding(encoding)

var rs = fs.createReadStream('test.md', { highWaterMark: 11});
    rs.setEncoding('utf8');

这样就可以消除乱码。

远离就是通过内部的decoder对象，将中文字的3个字符凑在一起。

它并不是万能的，目前只能处理UTF-8、Base64、UCS-2/UTF-16LE这3种编码。

## 正确拼接Buffer ##

这才是正确拼接Buffer的方式哦：

var chunks = [];
    var size = 0;
    res.on('data', function (chunk) { 
        chunks.push(chunk);
        size += chunk.length; 
    });
    res.on('end', function () { 
         var buf = Buffer.concat(chunks, size);
         var str = iconv.decode(buf, 'utf8'); 
         console.log(str);
    });

使用一个数组存储所有Buffer片段并记录总长度，然后调用`Buffer.concat()` 合并它们。

下面是Buffer.concat源码：

![这里写图片描述][SouthEast]

# Buffer与性能 #

在应用中，我们通常会操作字符串，但是数据一旦在网络中传输，都需要转化为Buffer。

通过预先转换静态内容为Buffer对象，可以有效的减少CPU的重复使用，节省服务器资源。在Node构建的Web应用中，可以选择将页面中的动态内容和静态内容分离，静态内容部分可以通过预先转换为Buffer的方式，使性能得到提升。

[SouthEast]: /images/20220613/ff7700f5e4bc4efdaa36ee5d8d667ca1.png