一、参考字符编码ASCII UTF8 字节序 大端 小端
二、参考[HTML5] ArrayBuffer与类型化数组
现代计算机中操作二进制数据的基本单位是字节（byte），故二进制数据一般以字节数组的形式存在于程序中。如：Java中的InputStream于OutputStream类，允许通过指定大小的字节数组（如：byte[] bytes = new byte[1024]）对文件进行读写。
然而回到JS，其设计之初也没有想过要处理二进制，故对于字节的概念并不清晰。再加上JS对数据类型的弱化，即使要表示字节数组，也只能通过普通数组的方式表示。
HTML5的建立对前端而言是颠覆性的，一方面基于XHR2， 使上传下载二进制内容成为可能；另一方面，WebGL/Canvas等新技术需要JS与显卡之间进行大量的、实时的数据交换，而其数据通信的形式必须是二进制。这样，JS操作二进制成为了必然。
在JS中，可以通过ArrayBuffer和类型化数组（Typed Array）在内存中对二进制数据进行操作。
1.ArrayBuffer
ArrayBuffer是一段连续的长度固定的字节序列，如：通过实例化ArrayBuffer对象在内存中创建一段二进制存储空间（或叫二进制缓冲区），
// 创建一段字节长度为8的内存空间
var buffer = new ArrayBuffer(8);
// 获取字节长度
console.log(buffer.byteLength); // 8
由于是连续的内存空间，故在其上进行的读写操作都会比普通JS Array快很多。
我们猜想这 8 个字节里面的值应该都是 0 ，因为我们并没有给 buffer 赋值。让我们确认一下吧，先看第一个字节：
console.log(buffer[0])
输出： undefined。咦？怎么是 undefined 呢？哦，原来 buffer[0] 的意思是查看 buffer 这个对象 的属性为 0 的值，因为 buffer 没有 0 这个属性，所以是 undefined。
ArrayBuffer只是存储数据的区域，无法进行读写。若想进行访问，需要借助类型化数组（Typed Array）。故可以理解为：类型化数组是访问ArrayBuffer中数据的接口
2.类型化数组
类型化数组（或称视图view）是读写ArrayBuffer中数据的接口,JS可以通过8种不同的接口创建类型化数组，分别为：
| 名称 | 描述 | 字节长度 |
|---|---|---|
| Int8Array | 8位有符号整数 | 1 |
| Uint8Array | 8位无符号整数 | 1 |
| Int16Array | 16位有符号整数 | 2 |
| Uint16Array | 16位无符号整数 | 2 |
| Int32Array | 32位有符号整数 | 4 |
| Uint32Array | 32位无符号整数 | 4 |
| Float32Array | 32位浮点数 | 4 |
| Float64Array | 64位浮点数 | 8 |
通过类型化数组可以对ArrayBuffer中的数据进行读写，一段ArrayBuffer上可以重叠多个类型化数组。注意， Int8Array 和Uint8Array 是一个字节的长度，和 buffer 的单位一致（比如new ArrayBuffer(8)是让浏览器帮我们创建一段 8 个字节长度的内存区域）
// 创建一段12字节的ArrayBuffer
var b = new ArrayBuffer(12);
// 在b上创建一个视图v1，视图中每个元素类型为Uint8（占1字节），开始于字节索引0，结束于ArrayBuffer结尾
var v1 = new Uint8Array(b);
// 在b上创建一个视图v2，视图中每个元素类型为Uint32（占4字节），开始于字节索引4，结束于ArrayBuffer结尾
var v2 = new Uint32Array(b,4);
// 在b上创建一个视图v3，视图中每个元素类型为Uint16（占2字节），开始于字节索引2，视图长度为2，结束于字节索引5
var v3 = new Uint16Array(b,2,2);
下面画图说明存储方式：
image.png
如图可见，一段ArrayBuffer上重叠了三个视图，可以通过三种方式访问ArrayBuffer中的数据
此时做如下测试：
通过v1向b中写入数据；然后通过v1、v2、v3从b中读取数据
下面简单说明下各输出：
首先通过v1为每个元素赋值为十进制1，则ArrayBuffer中每个元素存储的二进制为
00000001通过v2读取，v2[0]和v2[1]中读取出的二进制均为
00000001000000010000000100000001，转换为十进制即为16843009通过v3读取，v3[0]和v3[1]中读取出的二进制均为
0000000100000001，转换为十进制即为257由此我们可以归纳出ArrayBuffer与类型化数组间的关系：
- ArrayBuffer存储二进制数据，但只有通过类型化数组才能进行二进制数据的读写
- 一段ArrayBuffer上可以重叠多个不同的类型化数组，不同类型化数组影响对ArrayBuffer中数据的读写方式
这里再看一个例子，参考自JavaScript 读写二进制数据
image.png
let int8Array = new Int8Array(buffer);
int8Array[0] = 30;
int8Array[1] = 41;
let int16Array = new Int16Array(buffer);
console.log(int16Array[0]);
按照上述分析，console的值应该是由30的二进制和41的二进制数据拼接而成：00011110（30） 00101001（41）。也就是parseInt(1111000101001, 2) //输出 7721
但是，输出的却不是7721，而是10526。这就涉及到字节序的问题了。
参考JS中的二进制操作简介：按照MDN的说法，Typed Array只会使用当前平台的字节序，例如我们现在用的桌面电脑不论PC还是Mac都是x86/x64的，也就是little-endian了。
小端字节序体现在我们这个示例中即是 41、30的二进制顺序，我们刚才的计算顺序有问题，那按照 41、30 的二进制顺序计算一下parseInt(10100100011110, 2) //输出 10526
三、JavaScript 之 ArrayBuffer
1.ArrayBuffer.slice
ArrayBuffer对象有一个slice方法，允许将内存区域的一部分，拷贝生成一个新的ArrayBuffer对象。
const bf = new ArrayBuffer(40);
const newBf = bf.slice(0, 10); // 从0 - 9 不包括 10
上面代码拷贝buffer对象的前10个字节，生成一个新的ArrayBuffer对象。slice方法其实包含两步，第一步是先分配一段新内存，第二步是将原来那个ArrayBuffer对象拷贝过去。slice方法接受两个参数，第一个参数表示拷贝开始的字节序号，第二个参数表示拷贝截止的字节序号。如果省略第二个参数，则默认到原ArrayBuffer对象的结尾。
除了slice方法，ArrayBuffer对象不提供任何直接读写内存的方法，只允许在其上方建立视图，然后通过视图读写。
2.数据类型占据的字节数
每一种视图都有一个BYTES_PER_ELEMENT常数，表示这种数据类型占据的字节数。
Int8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
//...
3.直接生成
视图还可以不通过ArrayBuffer对象，直接分配内存而生成。
var f64a = new Float64Array(8);
f64a[0] = 10;
f64a[1] = 20;
f64a[2] = f64a[0] + f64a[1];
上面代码生成一个8个成员的Float64Array数组（共64字节），然后依次对每个成员赋值。这时，视图构造函数的参数就是成员的个数。可以看到，视图数组的赋值操作与普通数组的操作毫无两样。
4.将普通数组转为视图数组
var typedArray = new Uint8Array( [ 1, 2, 3, 4 ] );
也可以将视图直接转化为数组
Array.from(typeArray);
// Array.apply([],typeArray);
5.视图的操作
建立了视图以后，就可以进行各种操作了。这里需要明确的是，视图其实就是普通数组，语法完全没有什么不同，只不过它直接针对内存进行操作，而且每个成员都有确定的数据类型。所以，视图就被叫做“类型化数组”
普通数组的操作方法和属性，对类型化数组完全适用。
var buffer = new ArrayBuffer(16);
var int32View = new Int32Array(buffer);
for (var i=0; i<int32View.length; i++) {
int32View[i] = i*2;
}
- buffer属性
类型化数组的buffer属性，返回整段内存区域对应的ArrayBuffer对象。该属性为只读属性。
var bf = new Uint8Array([1,2,3,4]);
bf.buffer; // ArrayBuffer {}
byteLength属性和byteOffset属性
byteLength属性返回类型化数组占据的内存长度，单位为字节。byteOffset属性返回类型化数组从底层ArrayBuffer对象的哪个字节开始。这两个属性都是只读属性。
var b = new ArrayBuffer(8);
var v1 = new Int32Array(b);
var v2 = new Uint8Array(b, 2);
var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);
v1.byteLength // 8
v2.byteLength // 6
v3.byteLength // 4
v1.byteOffset // 0
v2.byteOffset // 2
v3.byteOffset // 2
注意将byteLength属性和length属性区分，前者是字节长度，后者是成员长度。byteLength = length * 每个数据占用字节数。
7.set方法
类型化数组的set方法用于复制数组，也就是将一段内容完全复制到另一段内存。
var a = new Uint8Array(8);
var b = new Uint8Array(8);
b.set(a);
上面代码复制a数组的内容到b数组，它是整段内存的复制，比一个个拷贝成员的那种复制快得多。set方法还可以接受第二个参数，表示从b对象哪一个成员开始复制a对象。
var a = new Uint16Array(8);
var b = new Uint16Array(10);
b.set(a,2)
上面代码的b数组比a数组多两个成员，意思是从b的第三个索引位置开始复制 a 中的数据。
8.subarray方法
subarray方法是对于类型化数组的一部分，再建立一个新的类型化数组。
var a = new Uint16Array(8);
var b = a.subarray(2,3);
a.byteLength // 16
b.byteLength // 2
subarray方法的第一个参数是起始的成员序号，第二个参数是结束的成员序号（不含该成员），如果省略则包含剩余的全部成员。所以，上面代码的a.subarray(2,3)，意味着b只包含a[2]一个成员，字节长度为2。
9.ArrayBuffer与字符串的互相转换
ArrayBuffer转为字符串，或者字符串转为ArrayBuffer，有一个前提，即字符串的编码方法是确定的。假定字符串采用UTF-16编码（JavaScript的内部编码方式），可以自己编写转换函数。
// ArrayBuffer转为字符串，参数为ArrayBuffer对象
function ab2str(buf) {
return String.fromCharCode.apply(null, new Uint16Array(buf));
}
// 字符串转为ArrayBuffer对象，参数为字符串
function str2ab(str) {
var buf = new ArrayBuffer(str.length*2); // 每个字符占用2个字节
var bufView = new Uint16Array(buf);
for (var i=0, strLen=str.length; i<strLen; i++) {
bufView[i] = str.charCodeAt(i);
}
return buf;
}
10.DataView视图
如果一段数据包括多种类型（比如服务器传来的HTTP数据），这时除了建立ArrayBuffer对象的复合视图以外，还可以通过DataView视图进行操作。
DataView视图提供更多操作选项，而且支持设定字节序。本来，在设计目的上，ArrayBuffer对象的各种类型化视图，是用来向网卡、声卡之类的本机设备传送数据，所以使用本机的字节序就可以了；而DataView的设计目的，是用来处理网络设备传来的数据，所以大端字节序或小端字节序是可以自行设定的。
DataView本身也是构造函数，接受一个ArrayBuffer对象作为参数，生成视图。DataView(ArrayBuffer buffer [, 字节起始位置 [, 长度]]);
var buffer = new ArrayBuffer(24);
var dv = new DataView(buffer);
DataView视图提供以下方法读取内存：
getInt8：读取1个字节，返回一个8位整数。
getUint8：读取1个字节，返回一个无符号的8位整数。
getInt16：读取2个字节，返回一个16位整数。
getUint16：读取2个字节，返回一个无符号的16位整数。
getInt32：读取4个字节，返回一个32位整数。
getUint32：读取4个字节，返回一个无符号的32位整数。
getFloat32：读取4个字节，返回一个32位浮点数。
getFloat64：读取8个字节，返回一个64位浮点数。
这一系列get方法的参数都是一个字节序号，表示从哪个字节开始读取。
var buffer = new ArrayBuffer(24);
var dv = new DataView(buffer);
// 从第1个字节读取一个8位无符号整数
var v1 = dv.getUint8(0);
// 从第2个字节读取一个16位无符号整数
var v2 = dv.getUint16(1);
// 从第4个字节读取一个16位无符号整数
var v3 = dv.getUint16(3);
上面代码读取了ArrayBuffer对象的前5个字节，其中有一个8位整数和两个十六位整数。
如果一次读取两个或两个以上字节，就必须明确数据的存储方式，到底是小端字节序还是大端字节序。默认情况下，DataView的get方法使用大端字节序解读数据，如果需要使用小端字节序解读，必须在get方法的第二个参数指定true。
// 小端字节序
var v1 = dv.getUint16(1, true);
// 大端字节序
var v2 = dv.getUint16(3, false);
// 大端字节序
var v3 = dv.getUint16(3);
DataView视图提供以下方法写入内存：
setInt8：写入1个字节的8位整数。
setUint8：写入1个字节的8位无符号整数。
setInt16：写入2个字节的16位整数。
setUint16：写入2个字节的16位无符号整数。
setInt32：写入4个字节的32位整数。
setUint32：写入4个字节的32位无符号整数。
setFloat32：写入4个字节的32位浮点数。
setFloat64：写入8个字节的64位浮点数。
这一系列set方法，接受两个参数，第一个参数是字节序号，表示从哪个字节开始写入，第二个参数为写入的数据。对于那些写入两个或两个以上字节的方法，需要指定第三个参数，false或者undefined表示使用大端字节序写入，true表示使用小端字节序写入。
// 在第1个字节，以大端字节序写入值为25的32位整数
dv.setInt32(0, 25, false);
// 在第5个字节，以大端字节序写入值为25的32位整数
dv.setInt32(4, 25);
// 在第9个字节，以小端字节序写入值为2.5的32位浮点数
dv.setFloat32(8, 2.5, true);
如果不确定正在使用的计算机的字节序，可以采用下面的判断方式。
var littleEndian = (function() {
var buffer = new ArrayBuffer(2);
new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true);
return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();
如果返回true，就是小端字节序；如果返回false，就是大端字节序。
11.Ajax应用
传统上，服务器通过Ajax操作只能返回文本数据。XMLHttpRequest 第二版允许服务器返回二进制数据，这时分成两种情况。如果明确知道返回的二进制数据类型，可以把返回类型（responseType）设为arraybuffer；如果不知道，就设为blob。xhr.responseType = 'arraybuffer';
如果知道传回来的是32位整数，可以像下面这样处理。
xhr.onreadystatechange = function () {
if (req.readyState === 4 ) {
var arrayResponse = xhr.response;
var dataView = new DataView(arrayResponse);
var ints = new Uint32Array(dataView.byteLength / 4);
xhrDiv.style.backgroundColor = "#00FF00";
xhrDiv.innerText = "Array is " + ints.length + "uints long";
}
12.canvas应用
网页Canvas元素输出的二进制像素数据，就是类型化数组。
var canvas = document.getElementById('myCanvas');
var ctx = canvas.getContext('2d');
var imageData = ctx.getImageData(0,0, 200, 100);
var typedArray = imageData.data;
需要注意的是，上面代码的typedArray虽然是一个类型化数组，但是它的视图类型是一种针对Canvas元素的专有类型Uint8ClampedArray。这个视图类型的特点，就是专门针对颜色，把每个字节解读为无符号的8位整数，即只能取值0～255，而且发生运算的时候自动过滤高位溢出。这为图像处理带来了巨大的方便。
举例来说，如果把像素的颜色值设为Uint8Array类型，那么乘以一个gamma值的时候，就必须这样计算：
u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma));
因为Uint8Array类型对于大于255的运算结果（比如0xFF+1），会自动变为0x00，所以图像处理必须要像上面这样算。这样做很麻烦，而且影响性能。如果将颜色值设为Uint8ClampedArray类型，计算就简化许多。
pixels[i] *= gamma;
Uint8ClampedArray类型确保将小于0的值设为0，将大于255的值设为255。注意，IE 10不支持该类型。
13.File应用
如果知道一个文件的二进制数据类型，也可以将这个文件读取为类型化数组。
reader.readAsArrayBuffer(file);
下面以处理bmp文件为例。假定file变量是一个指向bmp文件的文件对象，首先读取文件。
var reader = new FileReader();
reader.addEventListener("load", processimage, false);
reader.readAsArrayBuffer(file);
然后，定义处理图像的回调函数：先在二进制数据之上建立一个DataView视图，再建立一个bitmap对象，用于存放处理后的数据，最后将图像展示在canvas元素之中。
function processimage(e) {
var buffer = e.target.result;
var datav = new DataView(buffer);
var bitmap = {};
// 具体的处理步骤
}
具体处理图像数据时，先处理bmp的文件头。具体每个文件头的格式和定义，请参阅有关资料。
bitmap.fileheader = {};
bitmap.fileheader.bfType = datav.getUint16(0, true);
bitmap.fileheader.bfSize = datav.getUint32(2, true);
bitmap.fileheader.bfReserved1 = datav.getUint16(6, true);
bitmap.fileheader.bfReserved2 = datav.getUint16(8, true);
bitmap.fileheader.bfOffBits = datav.getUint32(10, true);
接着处理图像元信息部分。
bitmap.infoheader = {};
bitmap.infoheader.biSize = datav.getUint32(14, true);
bitmap.infoheader.biWidth = datav.getUint32(18, true);
bitmap.infoheader.biHeight = datav.getUint32(22, true);
bitmap.infoheader.biPlanes = datav.getUint16(26, true);
bitmap.infoheader.biBitCount = datav.getUint16(28, true);
bitmap.infoheader.biCompression = datav.getUint32(30, true);
bitmap.infoheader.biSizeImage = datav.getUint32(34, true);
bitmap.infoheader.biXPelsPerMeter = datav.getUint32(38, true);
bitmap.infoheader.biYPelsPerMeter = datav.getUint32(42, true);
bitmap.infoheader.biClrUsed = datav.getUint32(46, true);
bitmap.infoheader.biClrImportant = datav.getUint32(50, true);
最后处理图像本身的像素信息。
var start = bitmap.fileheader.bfOffBits;
bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start);
至此，图像文件的数据全部处理完成。下一步，可以根据需要，进行图像变形，或者转换格式，或者展示在Canvas网页元素之中。
四、Web 直播流的解析
1.websocket中应用
在 fetch 使用中，我们可以通过 res.arrayBuffer(); 来直接获取 ArrayBuffer 对象。websocket 中，监听 message，返回来的 event.data 也是 arraybuffer。
let socket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8080');
socket.binaryType = 'arraybuffer';
socket.addEventListener('message', function (event) {
let arrayBuffer = event.data;
···
});
2.fetch应用
fetch(url)
.then(request => request.arrayBuffer())
.then(arrayBuffer => ···);
五、node.js Buffer简介
参考Node.js Buffer(缓冲区)
JavaScript 语言自身只有字符串数据类型，没有二进制数据类型。但在处理像TCP流或文件流时，必须使用到二进制数据。因此在 Node.js中，定义了一个 Buffer 类，该类用来创建一个专门存放二进制数据的缓存区。
在Node.js 里有一个与ArrayBuffer 相似的类叫做Buffer，但更强大一些。在 Node.js 中，Buffer 类是随 Node 内核一起发布的核心库。Buffer 库为 Node.js 带来了一种存储原始数据的方法，可以让 Node.js 处理二进制数据，每当需要在 Node.js 中处理I/O操作中移动的数据时，就有可能使用 Buffer 库。原始数据存储在 Buffer 类的实例中。一个 Buffer 类似于一个整数数组，但它对应于 V8 堆内存之外的一块原始内存。
网友评论