寫這篇博客的起源是小胡子哥的一篇文章《你所不知道的JavaScript數(shù)組你所不知道的JavaScript數(shù)組》。

因為隨著XHR2和現(xiàn)代瀏覽器的普及，在瀏覽器當(dāng)中處理二進制不再向過去那樣無所適從，隨著Canvas/WebGL等新技術(shù)逐漸開始進入大眾視野，也會用到一些字節(jié)數(shù)組或者16位、8位整數(shù)等東西。在node.js剛剛發(fā)布的4.0版本中，Buffer的底層使用了更符合JS標準的Uint8Array來實現(xiàn)，瀏覽器和node.js再次向相同的目標靠近了一點點，所以對于JS中處理二進制，我就打算寫這篇文章作一個入門性質(zhì)的流水賬，方便一些對二進制處理不了解的同學(xué)快速入門，雖然在前端領(lǐng)域用到的不多，不過也可以作為茶余飯后的休閑談資。

二進制數(shù)據(jù)在JS程序里的表達

現(xiàn)今世界上幾乎所有的計算機體系結(jié)構(gòu)都是以字節(jié)(byte)為二進制數(shù)據(jù)的基本單位(注：不是說最小單位)，所以二進制常常以字節(jié)數(shù)組的形式存在于程序當(dāng)中。例如在C#里面，就用byte[]，標準C里面沒有byte類型，但可以通過typedef把byte定義為unsigned char的別名，效果是一樣的。

JS設(shè)計之初似乎根本沒想過要處理二進制的東西，加上對類型的極度弱化，對于字節(jié)的概念可以說是非常非常的模糊。如果要表達字節(jié)數(shù)組，那么似乎只能用一個普通數(shù)組來表示。

HTML5體系引入了一大堆新的東西，比如XHR2，是可以上傳或下載二進制內(nèi)容的，與之配套的東西就是JS里的ArrayBuffer和Typed Array了。

ArrayBuffer是一個固定長度的字節(jié)序列，你可以通過new ArrayBuffer(length)來得到一片空間，或者用下文將會介紹的方法從XHR2等途徑獲取。由于內(nèi)部實現(xiàn)與數(shù)組不一樣，ArrayBuffer通常都是連續(xù)內(nèi)存(注意，這只是經(jīng)驗之談，并不是規(guī)范也不是文檔所明確的)，因此對于高密度的訪問操作而言它比JS中的Array速度會快很多(但并不要用它來簡單地代替Array)。如果用Chrome的Profile工具查看Heap Snapshot，會發(fā)現(xiàn)ArrayBuffer會被單獨列為一類，也許它的內(nèi)存分配和布局與Array以及其他JS對象有一些差別吧。

ArrayBuffer是不能直接被訪問的，因此需要借助Typed Array。Typed Array是一組具體數(shù)據(jù)類型的Array-Like類型的統(tǒng)稱，包括

• Int8Array 8位有符號整數(shù)，類似于C里面的char
• Uint8Array 8位無符號整數(shù)，類似于C里面的unsigned char
• Uint8ClampedArray 8位無符號整數(shù)，跟Uint8類似，但在溢出處理上不大一樣
• Int16Array 后面這些類型就不羅嗦了
• Uint16Array
• Int32Array
• Uint32Array
• Float32Array
• Float64Array

Typed Array的背后是一個ArrayBuffer，也就是說，事實上的數(shù)據(jù)是存在ArrayBuffer里面的，而Typed Array只是給你提供了一個某種類型的讀寫接口，用MDN的話說，叫做

Multiple views on the same data

舉個栗子，如果我們有一個ArrayBuffer名為buffer(先不考慮怎么構(gòu)造這個測試數(shù)據(jù))，內(nèi)容如下：

01 02 03 04 05 06 07 08 

也就是說它有8個字節(jié)，我們分別用它來構(gòu)造Uint8Array, Uint16Array, Uint32Array，則可以得到

var u8 = new Uint8Array(buffer); // length為8 
 
var u16 = new Uint16Array(buffer); // length為4 
 
var u32 = new Uint32Array(buffer); // length為2  

它們的內(nèi)容分別為

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] 
 
[513, 1027, 1541, 2055] 
 
[67305985, 134678021]  

這不難理解。

可以看出，如果要手工構(gòu)造上面的測試數(shù)據(jù)ArrayBuffer，用Uint8Array就會很方便(呃事實上這是我個人最常用的一種Typed Array)。

而如果用同樣的ArrayBuffer構(gòu)建帶符號整數(shù)類型，則可能因為整數(shù)溢出而得到不同的結(jié)果，上面的例子并沒有碰到，有興趣的話可以自己試試。因此使用Typed Array也可以用來做有符號數(shù)和無符號數(shù)的轉(zhuǎn)換。

如果你用過canvas的getImageData/putImageData的話，會發(fā)現(xiàn)它給你的就是一個Uint8ClampedArray，這東西訪問起來速度比JS的原生Array快很多，使得對canvas進行高速的像素操作成為可能。

然而最最重要的一個概念還是：Typed Array不直接存放任何數(shù)據(jù)，所有對Typed Array進行讀寫的操作，最終都會落實到它背后所持有的ArrayBuffer的身上。ArrayBuffer才是真正的raw bytes，而Typed Array只是一個操作窗口/操作視圖(View)。

獲取二進制數(shù)據(jù)

nodejs那邊先按住不表，這里談?wù)勗诰W(wǎng)頁里如何獲取二進制數(shù)據(jù)?常見的辦法有3種，1是通過XMLHttpRequest 2，2是通過File和Blob一套相關(guān)接口。

通過XMLHttpRequest 2

XHR2的接口跟XHR幾乎是一樣的，當(dāng)制定xhr.responseType = 'arraybuffer'以后，在成功獲取數(shù)據(jù)的回調(diào)里就可以通過xhr.response來得到請求結(jié)果的ArrayBuffer了，然后就可以按照你的意愿來構(gòu)造各種Typed Array進行訪問。

responseType還可以有blob取值，可以用xhr.response獲得Blob對象。

通過File和Blob

在HTML5中提供了對表單的文件控件<input type="file" />更豐富的操作，可以通過inputDOM對象的.files來獲取一個FileList，當(dāng)然通常瀏覽器都只提供了單選的文件控件，于是這里都只會有一個File對象。另外，通過拖拽、剪貼板等方式也能獲取到File或者Blob。

File繼承了Blob，并提供了name, lastModifiedDate等基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)，但是依然是一個深度封裝，不能直接獲取到它的二進制。

Blob是Binary large object的縮寫，它與ArrayBuffer的區(qū)別是除了raw bytes以外它還提供了mime type作為元數(shù)據(jù)。但它依然是無法直接被讀寫的。

這時候需要借助FileReader的幫忙。FileReader提供了一組用來將Blob讀取為更為實用的類型的方法

readAsArrayBuffer() 
 
readAsBinaryString() 
 
readAsDataURL() 
 
readAsText()  

例如

var file = get_file_some_how(); 
 
var fr = new FileReader(); 
 
fr.onload = function(e) { 
 
e.target.result; // 讀取的結(jié)果 
 
}; 
 
fr.readAsDataUrl(file); // readAsArrayBuffer  

可以干什么呢?例如圖片上傳之前的本地預(yù)覽(甚至基于canvas的編輯)等等都可以實現(xiàn)了。

Blob的其他構(gòu)造方法多而雜，這里就先不到處搬運文檔了。

消費二進制數(shù)據(jù)

何謂消費?最常見的方式也許就是通過XHR2直接把二進制數(shù)據(jù)以文件方式POST到服務(wù)端去。

這里我比較推薦使用FormData來構(gòu)造POST數(shù)據(jù)。因為在服務(wù)端收的時候會比較容易一些，具體有興趣可以去找找別人的例子。

雖然直接提交ArrayBuffer也是可以的，但是這種時候服務(wù)端收到的POST body會是一大團，用起來不方便。如果要使用FormData來提交ArrayBuffer，需要先將其構(gòu)造成Blob。

對Typed Array的構(gòu)造留個心眼

當(dāng)使用new xxxxxArray(arrayBuffer)這個重載進行構(gòu)造的時候，它會默認基于此ArrayBuffer進行構(gòu)造。但當(dāng)使用new xxxxArray(another_typed_array)這個重載的時候，則是進行“拷貝構(gòu)造”，這樣兩個Typed Array會指向不同的buffer，需要注意這是否符合預(yù)期。

如果需要基于同一個ArrayBuffer來構(gòu)造Typed Array，可以使用Typed Array的buffer, byteLength,byteOffset來獲取它背后的ArrayBuffer。

Tips(坑)

對內(nèi)存對齊留個心眼

當(dāng)使用ArrayBuffer來構(gòu)造Typed Array的時候，可以指定byteOffset參數(shù)，例如

var buffer = get_array_buffer_some_how(); 
 
var i16 = new Int16Array(buffer, 10);  

上面的代碼就能以buffer向后偏移10字節(jié)處為起點來構(gòu)造Int16Array，但是如果將10設(shè)置為一個奇數(shù)，會發(fā)現(xiàn)如下錯誤：

RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2 

這是因為Typed Array對內(nèi)存對齊有要求，它不能在非對齊的位置建立，同理，Uint32Array和Int32Array則要求偏移量是4字節(jié)對齊的。

因此如果你希望在非對齊的位置進行讀寫，則需要借助DataView的幫忙。

對字節(jié)序留個心眼

我們?nèi)粘Ｖ兴鶎懙某绦?，幾乎都不需要關(guān)心字節(jié)序，因此這個問題沒那么嚴重，知道自己的程序會有字節(jié)序問題的人，開發(fā)到這里也肯定會知道問題的存在，但這里還是稍微提一下。

按照MDN的說法，Typed Array只會使用當(dāng)前平臺的字節(jié)序，例如我們現(xiàn)在用的桌面電腦不論PC還是Mac都是x86/x64的，也就是little-endian了。

使用DataView，不僅可以解決上面說到的內(nèi)存對齊的問題，還可以指定讀寫時的字節(jié)序，具體參數(shù)都在文檔里面了，就不搬運了。

使用DataView配合Typed Array也可以做到一個檢測當(dāng)前平臺字節(jié)序的技巧：

function isLittleEndian() { 
 
var buf = new ArrayBuffer(2); 
 
var view = new DataView(buf); 
 
view.setInt16(0, 256, true);//顯式以little endian寫入數(shù)據(jù) 
 
// 此時buf里的內(nèi)存布局應(yīng)該是 00 01 
 
 
var i16 = new Int16Array(buf); 
 
// 如果以little endian讀取，它就是256；以big endian讀取，則是1 
 
return (i16[0] === 256); 
 
}  

如果你編寫的程序需要垮體系結(jié)構(gòu)例如x86/ARM/PPC等，則在交換文件和網(wǎng)絡(luò)包的時候需要謹慎處理字節(jié)序，當(dāng)然一個辦法是在這些地方預(yù)先規(guī)范統(tǒng)一字節(jié)序以防后患。不過那些都是題外話了。

小結(jié)

使用ArrayBuffer來存儲一段字節(jié)，使用Typed Array來構(gòu)建一個具體數(shù)值類型的訪問窗口，使用DataView對非對齊或在乎字節(jié)序的ArrayBuffer進行更精確的操作，使用XHR2, Blob, File, FileReader, FormData等多種方式來獲取或消費ArrayBuffer。

另外羅嗦一句，瀏覽器還提供了一系列所謂的“Binary String”，就是一些看起來像亂碼一樣的字符串，然后又提供了atob/btoa這種方式來對Base64和“Binary String”進行相互轉(zhuǎn)換，甚至FileReader還提供了readAsBinaryString方法(已經(jīng)廢棄了，善哉)。這個Binary String真是誰用誰遭殃，別問我為什么知道……