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ArrayBuffer

ArrayBuffer 對象、 TypedArray 視圖和 DataView 視圖是 JavaScript 操作二進制數(shù)據(jù)的一個接口。這些對象早就存在，屬于獨立的規(guī)格（2011 年 2 月發(fā)布），ES6 將它們納入了 ECMAScript 規(guī)格，并且增加了新的方法。它們都是以數(shù)組的語法處理二進制數(shù)據(jù)，所以統(tǒng)稱為二進制數(shù)組。

這個接口的原始設(shè)計目的，與 WebGL 項目有關(guān)。所謂 WebGL，就是指瀏覽器與顯卡之間的通信接口，為了滿足 JavaScript 與顯卡之間大量的、實時的數(shù)據(jù)交換，它們之間的數(shù)據(jù)通信必須是二進制的，而不能是傳統(tǒng)的文本格式。文本格式傳遞一個 32 位整數(shù)，兩端的 JavaScript 腳本與顯卡都要進行格式轉(zhuǎn)化，將非常耗時。這時要是存在一種機制，可以像 C 語言那樣，直接操作字節(jié)，將 4 個字節(jié)的 32 位整數(shù)，以二進制形式原封不動地送入顯卡，腳本的性能就會大幅提升。

二進制數(shù)組就是在這種背景下誕生的。它很像 C 語言的數(shù)組，允許開發(fā)者以數(shù)組下標的形式，直接操作內(nèi)存，大大增強了 JavaScript 處理二進制數(shù)據(jù)的能力，使得開發(fā)者有可能通過 JavaScript 與操作系統(tǒng)的原生接口進行二進制通信。

二進制數(shù)組由三類對象組成。

（1） ArrayBuffer 對象：代表內(nèi)存之中的一段二進制數(shù)據(jù)，可以通過“視圖”進行操作?！耙晥D”部署了數(shù)組接口，這意味著，可以用數(shù)組的方法操作內(nèi)存。

（2） TypedArray 視圖：共包括 9 種類型的視圖，比如 Uint8Array （無符號 8 位整數(shù)）數(shù)組視圖, Int16Array （16 位整數(shù)）數(shù)組視圖, Float32Array （32 位浮點數(shù)）數(shù)組視圖等等。

（3） DataView 視圖：可以自定義復(fù)合格式的視圖，比如第一個字節(jié)是 Uint8（無符號 8 位整數(shù)）、第二、三個字節(jié)是 Int16（16 位整數(shù)）、第四個字節(jié)開始是 Float32（32 位浮點數(shù)）等等，此外還可以自定義字節(jié)序。

簡單說， ArrayBuffer 對象代表原始的二進制數(shù)據(jù)， TypedArray 視圖用來讀寫簡單類型的二進制數(shù)據(jù)， DataView 視圖用來讀寫復(fù)雜類型的二進制數(shù)據(jù)。

TypedArray 視圖支持的數(shù)據(jù)類型一共有 9 種（ DataView 視圖支持除 Uint8C 以外的其他 8 種）。

數(shù)據(jù)類型	字節(jié)長度	含義	對應(yīng)的 C 語言類型
Int8	1	8 位帶符號整數(shù)	signed char
Uint8	1	8 位不帶符號整數(shù)	unsigned char
Uint8C	1	8 位不帶符號整數(shù)（自動過濾溢出）	unsigned char
Int16	2	16 位帶符號整數(shù)	short
Uint16	2	16 位不帶符號整數(shù)	unsigned short
Int32	4	32 位帶符號整數(shù)	int
Uint32	4	32 位不帶符號的整數(shù)	unsigned int
Float32	4	32 位浮點數(shù)	float
Float64	8	64 位浮點數(shù)	double

注意，二進制數(shù)組并不是真正的數(shù)組，而是類似數(shù)組的對象。

很多瀏覽器操作的 API，用到了二進制數(shù)組操作二進制數(shù)據(jù)，下面是其中的幾個。

Canvas
Fetch API
File API
WebSockets
XMLHttpRequest

1. ArrayBuffer 對象

概述

ArrayBuffer對象代表儲存二進制數(shù)據(jù)的一段內(nèi)存，它不能直接讀寫，只能通過視圖（ TypedArray 視圖和DataView 視圖)來讀寫，視圖的作用是以指定格式解讀二進制數(shù)據(jù)。

ArrayBuffer也是一個構(gòu)造函數(shù)，可以分配一段可以存放數(shù)據(jù)的連續(xù)內(nèi)存區(qū)域。

const buf = new ArrayBuffer(32);

上面代碼生成了一段 32 字節(jié)的內(nèi)存區(qū)域，每個字節(jié)的值默認都是 0?？梢钥吹?，ArrayBuffer 構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)是所需要的內(nèi)存大?。▎挝蛔止?jié)）。

為了讀寫這段內(nèi)容，需要為它指定視圖。 DataView 視圖的創(chuàng)建，需要提供ArrayBuffer對象實例作為參數(shù)。

const buf = new ArrayBuffer(32);
const dataView = new DataView(buf);
dataView.getUint8(0) // 0

上面代碼對一段 32 字節(jié)的內(nèi)存，建立 DataView 視圖，然后以不帶符號的 8 位整數(shù)格式，從頭讀取 8 位二進制數(shù)據(jù)，結(jié)果得到 0，因為原始內(nèi)存的 ArrayBuffer 對象，默認所有位都是 0。

另一種 TypedArray 視圖，與 DataView 視圖的一個區(qū)別是，它不是一個構(gòu)造函數(shù)，而是一組構(gòu)造函數(shù)，代表不同的數(shù)據(jù)格式。

const buffer = new ArrayBuffer(12);


const x1 = new Int32Array(buffer);
x1[0] = 1;
const x2 = new Uint8Array(buffer);
x2[0]  = 2;


x1[0] // 2

上面代碼對同一段內(nèi)存，分別建立兩種視圖：32 位帶符號整數(shù)（ Int32Array 構(gòu)造函數(shù)）和 8 位不帶符號整數(shù)（ Uint8Array 構(gòu)造函數(shù)）。由于兩個視圖對應(yīng)的是同一段內(nèi)存，一個視圖修改底層內(nèi)存，會影響到另一個視圖。

TypedArray 視圖的構(gòu)造函數(shù)，除了接受 ArrayBuffer 實例作為參數(shù)，還可以接受普通數(shù)組作為參數(shù)，直接分配內(nèi)存生成底層的 ArrayBuffer 實例，并同時完成對這段內(nèi)存的賦值。

const typedArray = new Uint8Array([0,1,2]);
typedArray.length // 3


typedArray[0] = 5;
typedArray // [5, 1, 2]

上面代碼使用 TypedArray 視圖的 Uint8Array 構(gòu)造函數(shù)，新建一個不帶符號的 8 位整數(shù)視圖。可以看到， Uint8Array 直接使用普通數(shù)組作為參數(shù)，對底層內(nèi)存的賦值同時完成。

ArrayBuffer.prototype.byteLength

ArrayBuffer實例的byteLength屬性，返回所分配的內(nèi)存區(qū)域的字節(jié)長度。

const buffer = new ArrayBuffer(32);
buffer.byteLength
// 32

如果要分配的內(nèi)存區(qū)域很大，有可能分配失?。ㄒ驗闆]有那么多的連續(xù)空余內(nèi)存），所以有必要檢查是否分配成功。

if (buffer.byteLength === n) {
  // 成功
} else {
  // 失敗
}

ArrayBuffer.prototype.slice()

ArrayBuffer實例有一個slice方法，允許將內(nèi)存區(qū)域的一部分，拷貝生成一個新的 ArrayBuffer 對象。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
const newBuffer = buffer.slice(0, 3);

上面代碼拷貝 buffer 對象的前 3 個字節(jié)（從 0 開始，到第 3 個字節(jié)前面結(jié)束），生成一個新的 ArrayBuffer 對象。 slice 方法其實包含兩步，第一步是先分配一段新內(nèi)存，第二步是將原來那個 ArrayBuffer 對象拷貝過去。

slice 方法接受兩個參數(shù)，第一個參數(shù)表示拷貝開始的字節(jié)序號（含該字節(jié)），第二個參數(shù)表示拷貝截止的字節(jié)序號（不含該字節(jié)）。如果省略第二個參數(shù)，則默認到原 ArrayBuffer 對象的結(jié)尾。

除了 slice 方法， ArrayBuffer 對象不提供任何直接讀寫內(nèi)存的方法，只允許在其上方建立視圖，然后通過視圖讀寫。

ArrayBuffer.isView()

ArrayBuffer有一個靜態(tài)方法isView ，返回一個布爾值，表示參數(shù)是否為 ArrayBuffer的視圖實例。這個方法大致相當于判斷參數(shù)，是否為 TypedArray實例或 DataView實例。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
ArrayBuffer.isView(buffer) // false


const v = new Int32Array(buffer);
ArrayBuffer.isView(v) // true

2. TypedArray 視圖

概述

ArrayBuffer對象作為內(nèi)存區(qū)域，可以存放多種類型的數(shù)據(jù)。同一段內(nèi)存，不同數(shù)據(jù)有不同的解讀方式，這就叫做“視圖”（view）。ArrayBuffer有兩種視圖，一種是TypedArray視圖，另一種是 DataView視圖。前者的數(shù)組成員都是同一個數(shù)據(jù)類型，后者的數(shù)組成員可以是不同的數(shù)據(jù)類型。

目前， TypedArray 視圖一共包括 9 種類型，每一種視圖都是一種構(gòu)造函數(shù)。

Int8Array ：8 位有符號整數(shù)，長度 1 個字節(jié)。
Uint8Array ：8 位無符號整數(shù)，長度 1 個字節(jié)。
Uint8ClampedArray ：8 位無符號整數(shù)，長度 1 個字節(jié)，溢出處理不同。
Int16Array ：16 位有符號整數(shù)，長度 2 個字節(jié)。
Uint16Array ：16 位無符號整數(shù)，長度 2 個字節(jié)。
Int32Array ：32 位有符號整數(shù)，長度 4 個字節(jié)。
Uint32Array ：32 位無符號整數(shù)，長度 4 個字節(jié)。
Float32Array ：32 位浮點數(shù)，長度 4 個字節(jié)。
Float64Array ：64 位浮點數(shù)，長度 8 個字節(jié)。

這 9 個構(gòu)造函數(shù)生成的數(shù)組，統(tǒng)稱為 TypedArray 視圖。它們很像普通數(shù)組，都有 length 屬性，都能用方括號運算符（ [] ）獲取單個元素，所有數(shù)組的方法，在它們上面都能使用。普通數(shù)組與 TypedArray 數(shù)組的差異主要在以下方面。

TypedArray 數(shù)組的所有成員，都是同一種類型。
TypedArray 數(shù)組的成員是連續(xù)的，不會有空位。
TypedArray 數(shù)組成員的默認值為 0。比如， new Array(10) 返回一個普通數(shù)組，里面沒有任何成員，只是 10 個空位； new Uint8Array(10) 返回一個 TypedArray 數(shù)組，里面 10 個成員都是 0。
TypedArray 數(shù)組只是一層視圖，本身不儲存數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)都儲存在底層的 ArrayBuffer 對象之中，要獲取底層對象必須使用 buffer 屬性。

構(gòu)造函數(shù)

TypedArray 數(shù)組提供 9 種構(gòu)造函數(shù)，用來生成相應(yīng)類型的數(shù)組實例。

構(gòu)造函數(shù)有多種用法。

（1）TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)

同一個ArrayBuffer對象之上，可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，建立多個視圖。

// 創(chuàng)建一個8字節(jié)的ArrayBuffer
const b = new ArrayBuffer(8);


// 創(chuàng)建一個指向b的Int32視圖，開始于字節(jié)0，直到緩沖區(qū)的末尾
const v1 = new Int32Array(b);


// 創(chuàng)建一個指向b的Uint8視圖，開始于字節(jié)2，直到緩沖區(qū)的末尾
const v2 = new Uint8Array(b, 2);


// 創(chuàng)建一個指向b的Int16視圖，開始于字節(jié)2，長度為2
const v3 = new Int16Array(b, 2, 2);

上面代碼在一段長度為 8 個字節(jié)的內(nèi)存（ b ）之上，生成了三個視圖： v1 、 v2 和 v3 。

視圖的構(gòu)造函數(shù)可以接受三個參數(shù)：

第一個參數(shù)（必需）：視圖對應(yīng)的底層 ArrayBuffer 對象。
第二個參數(shù)（可選）：視圖開始的字節(jié)序號，默認從 0 開始。
第三個參數(shù)（可選）：視圖包含的數(shù)據(jù)個數(shù)，默認直到本段內(nèi)存區(qū)域結(jié)束。

因此， v1 、 v2 和 v3 是重疊的： v1[0] 是一個 32 位整數(shù)，指向字節(jié) 0 ～字節(jié) 3； v2[0] 是一個 8 位無符號整數(shù)，指向字節(jié) 2； v3[0] 是一個 16 位整數(shù)，指向字節(jié) 2 ～字節(jié) 3。只要任何一個視圖對內(nèi)存有所修改，就會在另外兩個視圖上反應(yīng)出來。

注意， byteOffset 必須與所要建立的數(shù)據(jù)類型一致，否則會報錯。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
const i16 = new Int16Array(buffer, 1);
// Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2

上面代碼中，新生成一個 8 個字節(jié)的 ArrayBuffer 對象，然后在這個對象的第一個字節(jié)，建立帶符號的 16 位整數(shù)視圖，結(jié)果報錯。因為，帶符號的 16 位整數(shù)需要兩個字節(jié)，所以 byteOffset 參數(shù)必須能夠被 2 整除。

如果想從任意字節(jié)開始解讀 ArrayBuffer 對象，必須使用 DataView 視圖，因為 TypedArray 視圖只提供 9 種固定的解讀格式。

（2）TypedArray(length)

視圖還可以不通過 ArrayBuffer 對象，直接分配內(nèi)存而生成。

const f64a = new Float64Array(8);
f64a[0] = 10;
f64a[1] = 20;
f64a[2] = f64a[0] + f64a[1];

上面代碼生成一個 8 個成員的 Float64Array 數(shù)組（共 64 字節(jié)），然后依次對每個成員賦值。這時，視圖構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)就是成員的個數(shù)?？梢钥吹?，視圖數(shù)組的賦值操作與普通數(shù)組的操作毫無兩樣。

（3）TypedArray(typedArray)

TypedArray 數(shù)組的構(gòu)造函數(shù)，可以接受另一個 TypedArray 實例作為參數(shù)。

const typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4));

上面代碼中， Int8Array 構(gòu)造函數(shù)接受一個 Uint8Array 實例作為參數(shù)。

注意，此時生成的新數(shù)組，只是復(fù)制了參數(shù)數(shù)組的值，對應(yīng)的底層內(nèi)存是不一樣的。新數(shù)組會開辟一段新的內(nèi)存儲存數(shù)據(jù)，不會在原數(shù)組的內(nèi)存之上建立視圖。

const x = new Int8Array([1, 1]);
const y = new Int8Array(x);
x[0] // 1
y[0] // 1


x[0] = 2;
y[0] // 1

上面代碼中，數(shù)組 y 是以數(shù)組 x 為模板而生成的，當 x 變動的時候， y 并沒有變動。

如果想基于同一段內(nèi)存，構(gòu)造不同的視圖，可以采用下面的寫法。

const x = new Int8Array([1, 1]);
const y = new Int8Array(x.buffer);
x[0] // 1
y[0] // 1


x[0] = 2;
y[0] // 2

（4）TypedArray(arrayLikeObject)

構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)也可以是一個普通數(shù)組，然后直接生成 TypedArray 實例。

const typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]);

注意，這時 TypedArray 視圖會重新開辟內(nèi)存，不會在原數(shù)組的內(nèi)存上建立視圖。

上面代碼從一個普通的數(shù)組，生成一個 8 位無符號整數(shù)的 TypedArray 實例。

TypedArray 數(shù)組也可以轉(zhuǎn)換回普通數(shù)組。

const normalArray = [...typedArray];
// or
const normalArray = Array.from(typedArray);
// or
const normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray);

數(shù)組方法

普通數(shù)組的操作方法和屬性，對 TypedArray 數(shù)組完全適用。

TypedArray.prototype.copyWithin(target, start[, end = this.length])
TypedArray.prototype.entries()
TypedArray.prototype.every(callbackfn, thisArg?)
TypedArray.prototype.fill(value, start=0, end=this.length)
TypedArray.prototype.filter(callbackfn, thisArg?)
TypedArray.prototype.find(predicate, thisArg?)
TypedArray.prototype.findIndex(predicate, thisArg?)
TypedArray.prototype.forEach(callbackfn, thisArg?)
TypedArray.prototype.indexOf(searchElement, fromIndex=0)
TypedArray.prototype.join(separator)
TypedArray.prototype.keys()
TypedArray.prototype.lastIndexOf(searchElement, fromIndex?)
TypedArray.prototype.map(callbackfn, thisArg?)
TypedArray.prototype.reduce(callbackfn, initialValue?)
TypedArray.prototype.reduceRight(callbackfn, initialValue?)
TypedArray.prototype.reverse()
TypedArray.prototype.slice(start=0, end=this.length)
TypedArray.prototype.some(callbackfn, thisArg?)
TypedArray.prototype.sort(comparefn)
TypedArray.prototype.toLocaleString(reserved1?, reserved2?)
TypedArray.prototype.toString()
TypedArray.prototype.values()

上面所有方法的用法，請參閱數(shù)組方法的介紹，這里不再重復(fù)了。

注意，TypedArray數(shù)組沒有 concat 方法。如果想要合并多個 TypedArray 數(shù)組，可以用下面這個函數(shù)。

function concatenate(resultConstructor, ...arrays) {
  let totalLength = 0;
  for (let arr of arrays) {
    totalLength += arr.length;
  }
  let result = new resultConstructor(totalLength);
  let offset = 0;
  for (let arr of arrays) {
    result.set(arr, offset);
    offset += arr.length;
  }
  return result;
}


concatenate(Uint8Array, Uint8Array.of(1, 2), Uint8Array.of(3, 4))
// Uint8Array [1, 2, 3, 4]

另外，TypedArray 數(shù)組與普通數(shù)組一樣，部署了 Iterator 接口，所以可以被遍歷。

let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
for (let byte of ui8) {
  console.log(byte);
}
// 0
// 1
// 2

字節(jié)序

字節(jié)序指的是數(shù)值在內(nèi)存中的表示方式。

const buffer = new ArrayBuffer(16);
const int32View = new Int32Array(buffer);


for (let i = 0; i < int32View.length; i++) {
  int32View[i] = i * 2;
}

上面代碼生成一個 16 字節(jié)的ArrayBuffer 對象，然后在它的基礎(chǔ)上，建立了一個 32 位整數(shù)的視圖。由于每個 32 位整數(shù)占據(jù) 4 個字節(jié)，所以一共可以寫入 4 個整數(shù)，依次為 0，2，4，6。

如果在這段數(shù)據(jù)上接著建立一個 16 位整數(shù)的視圖，則可以讀出完全不一樣的結(jié)果。

const int16View = new Int16Array(buffer);


for (let i = 0; i < int16View.length; i++) {
  console.log("Entry " + i + ": " + int16View[i]);
}
// Entry 0: 0
// Entry 1: 0
// Entry 2: 2
// Entry 3: 0
// Entry 4: 4
// Entry 5: 0
// Entry 6: 6
// Entry 7: 0

由于每個 16 位整數(shù)占據(jù) 2 個字節(jié)，所以整個 ArrayBuffer 對象現(xiàn)在分成 8 段。然后，由于 x86 體系的計算機都采用小端字節(jié)序（little endian），相對重要的字節(jié)排在后面的內(nèi)存地址，相對不重要字節(jié)排在前面的內(nèi)存地址，所以就得到了上面的結(jié)果。

比如，一個占據(jù)四個字節(jié)的 16 進制數(shù) 0x12345678 ，決定其大小的最重要的字節(jié)是“12”，最不重要的是“78”。小端字節(jié)序?qū)⒆畈恢匾淖止?jié)排在前面，儲存順序就是 78563412 ；大端字節(jié)序則完全相反，將最重要的字節(jié)排在前面，儲存順序就是 12345678 。目前，所有個人電腦幾乎都是小端字節(jié)序，所以 TypedArray 數(shù)組內(nèi)部也采用小端字節(jié)序讀寫數(shù)據(jù)，或者更準確的說，按照本機操作系統(tǒng)設(shè)定的字節(jié)序讀寫數(shù)據(jù)。

這并不意味大端字節(jié)序不重要，事實上，很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和特定的操作系統(tǒng)采用的是大端字節(jié)序。這就帶來一個嚴重的問題：如果一段數(shù)據(jù)是大端字節(jié)序，TypedArray 數(shù)組將無法正確解析，因為它只能處理小端字節(jié)序！為了解決這個問題，JavaScript 引入 DataView 對象，可以設(shè)定字節(jié)序，下文會詳細介紹。

下面是另一個例子。

// 假定某段buffer包含如下字節(jié) [0x02, 0x01, 0x03, 0x07]
const buffer = new ArrayBuffer(4);
const v1 = new Uint8Array(buffer);
v1[0] = 2;
v1[1] = 1;
v1[2] = 3;
v1[3] = 7;


const uInt16View = new Uint16Array(buffer);


// 計算機采用小端字節(jié)序
// 所以頭兩個字節(jié)等于258
if (uInt16View[0] === 258) {
  console.log('OK'); // "OK"
}


// 賦值運算
uInt16View[0] = 255;    // 字節(jié)變?yōu)閇0xFF, 0x00, 0x03, 0x07]
uInt16View[0] = 0xff05; // 字節(jié)變?yōu)閇0x05, 0xFF, 0x03, 0x07]
uInt16View[1] = 0x0210; // 字節(jié)變?yōu)閇0x05, 0xFF, 0x10, 0x02]

下面的函數(shù)可以用來判斷，當前視圖是小端字節(jié)序，還是大端字節(jié)序。

const BIG_ENDIAN = Symbol('BIG_ENDIAN');
const LITTLE_ENDIAN = Symbol('LITTLE_ENDIAN');


function getPlatformEndianness() {
  let arr32 = Uint32Array.of(0x12345678);
  let arr8 = new Uint8Array(arr32.buffer);
  switch ((arr8[0]*0x1000000) + (arr8[1]*0x10000) + (arr8[2]*0x100) + (arr8[3])) {
    case 0x12345678:
      return BIG_ENDIAN;
    case 0x78563412:
      return LITTLE_ENDIAN;
    default:
      throw new Error('Unknown endianness');
  }
}

總之，與普通數(shù)組相比，TypedArray 數(shù)組的最大優(yōu)點就是可以直接操作內(nèi)存，不需要數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，所以速度快得多。

BYTES_PER_ELEMENT 屬性

每一種視圖的構(gòu)造函數(shù)，都有一個 BYTES_PER_ELEMENT 屬性，表示這種數(shù)據(jù)類型占據(jù)的字節(jié)數(shù)。

Int8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8ClampedArray.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Int16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Uint16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float64Array.BYTES_PER_ELEMENT // 8

這個屬性在 TypedArray 實例上也能獲取，即有 TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT 。

ArrayBuffer 與字符串的互相轉(zhuǎn)換

ArrayBuffer 和字符串的相互轉(zhuǎn)換，使用原生 TextEncoder和 TextDecoder 方法。為了便于說明用法，下面的代碼都按照 TypeScript 的用法，給出了類型簽名。

/**
 * Convert ArrayBuffer/TypedArray to String via TextDecoder
 *
 * @see https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/TextDecoder
 */
function ab2str(
  input: ArrayBuffer | Uint8Array | Int8Array | Uint16Array | Int16Array | Uint32Array | Int32Array,
  outputEncoding: string = 'utf8',
): string {
  const decoder = new TextDecoder(outputEncoding)
  return decoder.decode(input)
}


/**
 * Convert String to ArrayBuffer via TextEncoder
 *
 * @see https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/TextEncoder
 */
function str2ab(input: string): ArrayBuffer {
  const view = str2Uint8Array(input)
  return view.buffer
}


/** Convert String to Uint8Array */
function str2Uint8Array(input: string): Uint8Array {
  const encoder = new TextEncoder()
  const view = encoder.encode(input)
  return view
}

上面代碼中， ab2str() 的第二個參數(shù) outputEncoding 給出了輸出編碼的編碼，一般保持默認值（ utf-8 ），其他可選值參見官方文檔或 Node.js 文檔。

溢出

不同的視圖類型，所能容納的數(shù)值范圍是確定的。超出這個范圍，就會出現(xiàn)溢出。比如，8 位視圖只能容納一個 8 位的二進制值，如果放入一個 9 位的值，就會溢出。

TypedArray 數(shù)組的溢出處理規(guī)則，簡單來說，就是拋棄溢出的位，然后按照視圖類型進行解釋。

const uint8 = new Uint8Array(1);


uint8[0] = 256;
uint8[0] // 0


uint8[0] = -1;
uint8[0] // 255

上面代碼中， uint8 是一個 8 位視圖，而 256 的二進制形式是一個 9 位的值 100000000 ，這時就會發(fā)生溢出。根據(jù)規(guī)則，只會保留后 8 位，即 00000000 。 uint8 視圖的解釋規(guī)則是無符號的 8 位整數(shù)，所以 00000000 就是 0 。

負數(shù)在計算機內(nèi)部采用“2 的補碼”表示，也就是說，將對應(yīng)的正數(shù)值進行否運算，然后加 1 。比如， -1 對應(yīng)的正值是 1 ，進行否運算以后，得到 11111110 ，再加上 1 就是補碼形式 11111111 。 uint8 按照無符號的 8 位整數(shù)解釋 11111111 ，返回結(jié)果就是 255 。

一個簡單轉(zhuǎn)換規(guī)則，可以這樣表示。

正向溢出（overflow）：當輸入值大于當前數(shù)據(jù)類型的最大值，結(jié)果等于當前數(shù)據(jù)類型的最小值加上余值，再減去 1。
負向溢出（underflow）：當輸入值小于當前數(shù)據(jù)類型的最小值，結(jié)果等于當前數(shù)據(jù)類型的最大值減去余值的絕對值，再加上 1。

上面的“余值”就是模運算的結(jié)果，即 JavaScript 里面的 % 運算符的結(jié)果。

12 % 4 // 0
12 % 5 // 2

上面代碼中，12 除以 4 是沒有余值的，而除以 5 會得到余值 2。

請看下面的例子。

const int8 = new Int8Array(1);


int8[0] = 128;
int8[0] // -128


int8[0] = -129;
int8[0] // 127

上面例子中， int8 是一個帶符號的 8 位整數(shù)視圖，它的最大值是 127，最小值是-128。輸入值為 128 時，相當于正向溢出 1 ，根據(jù)“最小值加上余值（128 除以 127 的余值是 1），再減去 1”的規(guī)則，就會返回 -128 ；輸入值為 -129 時，相當于負向溢出 1 ，根據(jù)“最大值減去余值的絕對值（-129 除以-128 的余值的絕對值是 1），再加上 1”的規(guī)則，就會返回 127 。

Uint8ClampedArray 視圖的溢出規(guī)則，與上面的規(guī)則不同。它規(guī)定，凡是發(fā)生正向溢出，該值一律等于當前數(shù)據(jù)類型的最大值，即 255；如果發(fā)生負向溢出，該值一律等于當前數(shù)據(jù)類型的最小值，即 0。

const uint8c = new Uint8ClampedArray(1);


uint8c[0] = 256;
uint8c[0] // 255


uint8c[0] = -1;
uint8c[0] // 0

上面例子中， uint8C 是一個 Uint8ClampedArray 視圖，正向溢出時都返回 255，負向溢出都返回 0。

TypedArray.prototype.buffer

TypedArray 實例的buffer屬性，返回整段內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的 ArrayBuffer 對象。該屬性為只讀屬性。

const a = new Float32Array(64);
const b = new Uint8Array(a.buffer);

上面代碼的 a 視圖對象和 b 視圖對象，對應(yīng)同一個 ArrayBuffer 對象，即同一段內(nèi)存。

TypedArray.prototype.byteLength，TypedArray.prototype.byteOffset

byteLength屬性返回TypedArray 數(shù)組占據(jù)的內(nèi)存長度，單位為字節(jié)。byteOffset 屬性返回 TypedArray數(shù)組從底層ArrayBuffer對象的哪個字節(jié)開始。這兩個屬性都是只讀屬性。

const b = new ArrayBuffer(8);


const v1 = new Int32Array(b);
const v2 = new Uint8Array(b, 2);
const v3 = new Int16Array(b, 2, 2);


v1.byteLength // 8
v2.byteLength // 6
v3.byteLength // 4


v1.byteOffset // 0
v2.byteOffset // 2
v3.byteOffset // 2

TypedArray.prototype.length

length屬性表示 TypedArray 數(shù)組含有多少個成員。注意將 length 屬性和byteLength屬性區(qū)分，前者是成員長度，后者是字節(jié)長度。

const a = new Int16Array(8);


a.length // 8
a.byteLength // 16

TypedArray.prototype.set()

TypedArray 數(shù)組的 set 方法用于復(fù)制數(shù)組（普通數(shù)組或 TypedArray 數(shù)組），也就是將一段內(nèi)容完全復(fù)制到另一段內(nèi)存。

const a = new Uint8Array(8);
const b = new Uint8Array(8);


b.set(a);

上面代碼復(fù)制 a 數(shù)組的內(nèi)容到 b 數(shù)組，它是整段內(nèi)存的復(fù)制，比一個個拷貝成員的那種復(fù)制快得多。

set 方法還可以接受第二個參數(shù)，表示從 b 對象的哪一個成員開始復(fù)制 a 對象。

const a = new Uint16Array(8);
const b = new Uint16Array(10);


b.set(a, 2)

上面代碼的 b 數(shù)組比 a 數(shù)組多兩個成員，所以從 b[2] 開始復(fù)制。

TypedArray.prototype.subarray()

subarray方法是對于TypedArray數(shù)組的一部分，再建立一個新的視圖。

const a = new Uint16Array(8);
const b = a.subarray(2,3);


a.byteLength // 16
b.byteLength // 2

subarray 方法的第一個參數(shù)是起始的成員序號，第二個參數(shù)是結(jié)束的成員序號（不含該成員），如果省略則包含剩余的全部成員。所以，上面代碼的 a.subarray(2,3) ，意味著 b 只包含 a[2] 一個成員，字節(jié)長度為 2。

TypedArray.prototype.slice()

TypeArray 實例的slice方法，可以返回一個指定位置的新的TypedArray 實例。

let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
ui8.slice(-1)
// Uint8Array [ 2 ]

上面代碼中， ui8 是 8 位無符號整數(shù)數(shù)組視圖的一個實例。它的 slice 方法可以從當前視圖之中，返回一個新的視圖實例。

slice 方法的參數(shù)，表示原數(shù)組的具體位置，開始生成新數(shù)組。負值表示逆向的位置，即-1 為倒數(shù)第一個位置，-2 表示倒數(shù)第二個位置，以此類推。

TypedArray.of()

TypedArray 數(shù)組的所有構(gòu)造函數(shù)，都有一個靜態(tài)方法of ，用于將參數(shù)轉(zhuǎn)為一個 TypedArray實例。

Float32Array.of(0.151, -8, 3.7)
// Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ]

下面三種方法都會生成同樣一個 TypedArray 數(shù)組。

// 方法一
let tarr = new Uint8Array([1,2,3]);


// 方法二
let tarr = Uint8Array.of(1,2,3);


// 方法三
let tarr = new Uint8Array(3);
tarr[0] = 1;
tarr[1] = 2;
tarr[2] = 3;

TypedArray.from()

靜態(tài)方法 from接受一個可遍歷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（比如數(shù)組）作為參數(shù)，返回一個基于這個結(jié)構(gòu)的 TypedArray 實例。

Uint16Array.from([0, 1, 2])
// Uint16Array [ 0, 1, 2 ]

這個方法還可以將一種 TypedArray 實例，轉(zhuǎn)為另一種。

const ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2));
ui16 instanceof Uint16Array // true

from 方法還可以接受一個函數(shù)，作為第二個參數(shù)，用來對每個元素進行遍歷，功能類似 map 方法。

Int8Array.of(127, 126, 125).map(x => 2 * x)
// Int8Array [ -2, -4, -6 ]


Int16Array.from(Int8Array.of(127, 126, 125), x => 2 * x)
// Int16Array [ 254, 252, 250 ]

上面的例子中， from 方法沒有發(fā)生溢出，這說明遍歷不是針對原來的 8 位整數(shù)數(shù)組。也就是說， from 會將第一個參數(shù)指定的 TypedArray 數(shù)組，拷貝到另一段內(nèi)存之中，處理之后再將結(jié)果轉(zhuǎn)成指定的數(shù)組格式。

3. 復(fù)合視圖

由于視圖的構(gòu)造函數(shù)可以指定起始位置和長度，所以在同一段內(nèi)存之中，可以依次存放不同類型的數(shù)據(jù)，這叫做“復(fù)合視圖”。

const buffer = new ArrayBuffer(24);


const idView = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
const usernameView = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
const amountDueView = new Float32Array(buffer, 20, 1);

上面代碼將一個 24 字節(jié)長度的 ArrayBuffer 對象，分成三個部分：

字節(jié) 0 到字節(jié) 3：1 個 32 位無符號整數(shù)
字節(jié) 4 到字節(jié) 19：16 個 8 位整數(shù)
字節(jié) 20 到字節(jié) 23：1 個 32 位浮點數(shù)

這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用如下的 C 語言描述：

struct someStruct {
  unsigned long id;
  char username[16];
  float amountDue;
};

4. DataView 視圖

如果一段數(shù)據(jù)包括多種類型（比如服務(wù)器傳來的 HTTP 數(shù)據(jù)），這時除了建立ArrayBuffer對象的復(fù)合視圖以外，還可以通過 DataView 視圖進行操作。

DataView視圖提供更多操作選項，而且支持設(shè)定字節(jié)序。本來，在設(shè)計目的上， ArrayBuffer 對象的各種 TypedArray視圖，是用來向網(wǎng)卡、聲卡之類的本機設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，所以使用本機的字節(jié)序就可以了；而 DataView 視圖的設(shè)計目的，是用來處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，所以大端字節(jié)序或小端字節(jié)序是可以自行設(shè)定的。

DataView視圖本身也是構(gòu)造函數(shù)，接受一個 ArrayBuffer對象作為參數(shù)，生成視圖。

new DataView(ArrayBuffer buffer [, 字節(jié)起始位置 [, 長度]]);

下面是一個例子。

const buffer = new ArrayBuffer(24);
const dv = new DataView(buffer);

DataView 實例有以下屬性，含義與 TypedArray 實例的同名方法相同。

DataView.prototype.buffer ：返回對應(yīng)的 ArrayBuffer 對象
DataView.prototype.byteLength ：返回占據(jù)的內(nèi)存字節(jié)長度
DataView.prototype.byteOffset ：返回當前視圖從對應(yīng)的 ArrayBuffer 對象的哪個字節(jié)開始

DataView 實例提供 8 個方法讀取內(nèi)存。

getInt8 ：讀取 1 個字節(jié)，返回一個 8 位整數(shù)。
getUint8 ：讀取 1 個字節(jié)，返回一個無符號的 8 位整數(shù)。
getInt16 ：讀取 2 個字節(jié)，返回一個 16 位整數(shù)。
getUint16 ：讀取 2 個字節(jié)，返回一個無符號的 16 位整數(shù)。
getInt32 ：讀取 4 個字節(jié)，返回一個 32 位整數(shù)。
getUint32 ：讀取 4 個字節(jié)，返回一個無符號的 32 位整數(shù)。
getFloat32 ：讀取 4 個字節(jié)，返回一個 32 位浮點數(shù)。
getFloat64 ：讀取 8 個字節(jié)，返回一個 64 位浮點數(shù)。

這一系列 get 方法的參數(shù)都是一個字節(jié)序號（不能是負數(shù)，否則會報錯），表示從哪個字節(jié)開始讀取。

const buffer = new ArrayBuffer(24);
const dv = new DataView(buffer);


// 從第1個字節(jié)讀取一個8位無符號整數(shù)
const v1 = dv.getUint8(0);


// 從第2個字節(jié)讀取一個16位無符號整數(shù)
const v2 = dv.getUint16(1);


// 從第4個字節(jié)讀取一個16位無符號整數(shù)
const v3 = dv.getUint16(3);

上面代碼讀取了 ArrayBuffer 對象的前 5 個字節(jié)，其中有一個 8 位整數(shù)和兩個十六位整數(shù)。

如果一次讀取兩個或兩個以上字節(jié)，就必須明確數(shù)據(jù)的存儲方式，到底是小端字節(jié)序還是大端字節(jié)序。默認情況下， DataView 的 get 方法使用大端字節(jié)序解讀數(shù)據(jù)，如果需要使用小端字節(jié)序解讀，必須在 get 方法的第二個參數(shù)指定 true 。

// 小端字節(jié)序
const v1 = dv.getUint16(1, true);


// 大端字節(jié)序
const v2 = dv.getUint16(3, false);


// 大端字節(jié)序
const v3 = dv.getUint16(3);

DataView 視圖提供 8 個方法寫入內(nèi)存。

setInt8 ：寫入 1 個字節(jié)的 8 位整數(shù)。
setUint8 ：寫入 1 個字節(jié)的 8 位無符號整數(shù)。
setInt16 ：寫入 2 個字節(jié)的 16 位整數(shù)。
setUint16 ：寫入 2 個字節(jié)的 16 位無符號整數(shù)。
setInt32 ：寫入 4 個字節(jié)的 32 位整數(shù)。
setUint32 ：寫入 4 個字節(jié)的 32 位無符號整數(shù)。
setFloat32 ：寫入 4 個字節(jié)的 32 位浮點數(shù)。
setFloat64 ：寫入 8 個字節(jié)的 64 位浮點數(shù)。

這一系列 set 方法，接受兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是字節(jié)序號，表示從哪個字節(jié)開始寫入，第二個參數(shù)為寫入的數(shù)據(jù)。對于那些寫入兩個或兩個以上字節(jié)的方法，需要指定第三個參數(shù)， false 或者 undefined 表示使用大端字節(jié)序?qū)懭耄?true 表示使用小端字節(jié)序?qū)懭搿?/p>

// 在第1個字節(jié)，以大端字節(jié)序?qū)懭胫禐?5的32位整數(shù)
dv.setInt32(0, 25, false);


// 在第5個字節(jié)，以大端字節(jié)序?qū)懭胫禐?5的32位整數(shù)
dv.setInt32(4, 25);


// 在第9個字節(jié)，以小端字節(jié)序?qū)懭胫禐?.5的32位浮點數(shù)
dv.setFloat32(8, 2.5, true);

如果不確定正在使用的計算機的字節(jié)序，可以采用下面的判斷方式。

const littleEndian = (function() {
  const buffer = new ArrayBuffer(2);
  new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true);
  return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();

如果返回 true ，就是小端字節(jié)序；如果返回 false ，就是大端字節(jié)序。

5. 二進制數(shù)組的應(yīng)用

大量的Web API 用到了ArrayBuffer對象和它的視圖對象。

AJAX

傳統(tǒng)上，服務(wù)器通過 AJAX 操作只能返回文本數(shù)據(jù)，即responseType 屬性默認為 text 。 XMLHttpRequest 第二版XHR2允許服務(wù)器返回二進制數(shù)據(jù)，這時分成兩種情況。如果明確知道返回的二進制數(shù)據(jù)類型，可以把返回類型（ responseType ）設(shè)為arraybuffer ；如果不知道，就設(shè)為blob。

let xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open('GET', someUrl);
xhr.responseType = 'arraybuffer';


xhr.onload = function () {
  let arrayBuffer = xhr.response;
  // ···
};


xhr.send();

如果知道傳回來的是 32 位整數(shù)，可以像下面這樣處理。

xhr.onreadystatechange = function () {
  if (req.readyState === 4 ) {
    const arrayResponse = xhr.response;
    const dataView = new DataView(arrayResponse);
    const ints = new Uint32Array(dataView.byteLength / 4);


    xhrDiv.style.backgroundColor = "#00FF00";
    xhrDiv.innerText = "Array is " + ints.length + "uints long";
  }
}

Canvas

網(wǎng)頁Canvas 元素輸出的二進制像素數(shù)據(jù)，就是 TypedArray 數(shù)組。

const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');


const imageData = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
const uint8ClampedArray = imageData.data;

需要注意的是，上面代碼的uint8ClampedArray 雖然是一個TypedArray數(shù)組，但是它的視圖類型是一種針對Canvas元素的專有類型 Uint8ClampedArray 。這個視圖類型的特點，就是專門針對顏色，把每個字節(jié)解讀為無符號的 8 位整數(shù)，即只能取值 0 ～ 255，而且發(fā)生運算的時候自動過濾高位溢出。這為圖像處理帶來了巨大的方便。

舉例來說，如果把像素的顏色值設(shè)為Uint8Array 類型，那么乘以一個 gamma 值的時候，就必須這樣計算：

u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma));

因為 Uint8Array 類型對于大于 255 的運算結(jié)果（比如 0xFF+1 ），會自動變?yōu)?0x00 ，所以圖像處理必須要像上面這樣算。這樣做很麻煩，而且影響性能。如果將顏色值設(shè)為 Uint8ClampedArray 類型，計算就簡化許多。

pixels[i] *= gamma;

Uint8ClampedArray 類型確保將小于 0 的值設(shè)為 0，將大于 255 的值設(shè)為 255。注意，IE 10 不支持該類型。

WebSocket

WebSocket可以通過 ArrayBuffer，發(fā)送或接收二進制數(shù)據(jù)。

let socket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8081');
socket.binaryType = 'arraybuffer';


// Wait until socket is open
socket.addEventListener('open', function (event) {
  // Send binary data
  const typedArray = new Uint8Array(4);
  socket.send(typedArray.buffer);
});


// Receive binary data
socket.addEventListener('message', function (event) {
  const arrayBuffer = event.data;
  // ···
});

Fetch API

Fetch API 取回的數(shù)據(jù)，就是ArrayBuffer對象。

fetch(url)
.then(function(response){
  return response.arrayBuffer()
})
.then(function(arrayBuffer){
  // ...
});

File API

如果知道一個文件的二進制數(shù)據(jù)類型，也可以將這個文件讀取為ArrayBuffer對象。

const fileInput = document.getElementById('fileInput');
const file = fileInput.files[0];
const reader = new FileReader();
reader.readAsArrayBuffer(file);
reader.onload = function () {
  const arrayBuffer = reader.result;
  // ···
};

下面以處理 bmp 文件為例。假定 file 變量是一個指向 bmp 文件的文件對象，首先讀取文件。

const reader = new FileReader();
reader.addEventListener("load", processimage, false);
reader.readAsArrayBuffer(file);

然后，定義處理圖像的回調(diào)函數(shù)：先在二進制數(shù)據(jù)之上建立一個 DataView 視圖，再建立一個 bitmap 對象，用于存放處理后的數(shù)據(jù)，最后將圖像展示在 Canvas 元素之中。

function processimage(e) {
  const buffer = e.target.result;
  const datav = new DataView(buffer);
  const bitmap = {};
  // 具體的處理步驟
}

具體處理圖像數(shù)據(jù)時，先處理 bmp 的文件頭。具體每個文件頭的格式和定義，請參閱有關(guān)資料。

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);

接著處理圖像元信息部分。

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);

最后處理圖像本身的像素信息。

const start = bitmap.fileheader.bfOffBits;
bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start);

至此，圖像文件的數(shù)據(jù)全部處理完成。下一步，可以根據(jù)需要，進行圖像變形，或者轉(zhuǎn)換格式，或者展示在 Canvas 網(wǎng)頁元素之中。

6. SharedArrayBuffer

JavaScript 是單線程的，Web worker 引入了多線程：主線程用來與用戶互動，Worker 線程用來承擔計算任務(wù)。每個線程的數(shù)據(jù)都是隔離的，通過 postMessage()通信。下面是一個例子。

// 主線程
const w = new Worker('myworker.js');

上面代碼中，主線程新建了一個 Worker 線程。該線程與主線程之間會有一個通信渠道，主線程通過 w.postMessage 向 Worker 線程發(fā)消息，同時通過 message 事件監(jiān)聽 Worker 線程的回應(yīng)。

// 主線程
w.postMessage('hi');
w.onmessage = function (ev) {
  console.log(ev.data);
}

上面代碼中，主線程先發(fā)一個消息 hi ，然后在監(jiān)聽到 Worker 線程的回應(yīng)后，就將其打印出來。

Worker 線程也是通過監(jiān)聽 message 事件，來獲取主線程發(fā)來的消息，并作出反應(yīng)。

// Worker 線程
onmessage = function (ev) {
  console.log(ev.data);
  postMessage('ho');
}

線程之間的數(shù)據(jù)交換可以是各種格式，不僅僅是字符串，也可以是二進制數(shù)據(jù)。這種交換采用的是復(fù)制機制，即一個進程將需要分享的數(shù)據(jù)復(fù)制一份，通過 postMessage 方法交給另一個進程。如果數(shù)據(jù)量比較大，這種通信的效率顯然比較低。很容易想到，這時可以留出一塊內(nèi)存區(qū)域，由主線程與 Worker 線程共享，兩方都可以讀寫，那么就會大大提高效率，協(xié)作起來也會比較簡單（不像 postMessage 那么麻煩）。

ES2017 引入 SharedArrayBuffer ，允許 Worker 線程與主線程共享同一塊內(nèi)存。 SharedArrayBuffer 的 API 與 ArrayBuffer 一模一樣，唯一的區(qū)別是后者無法共享數(shù)據(jù)。

// 主線程


// 新建 1KB 共享內(nèi)存
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);


// 主線程將共享內(nèi)存的地址發(fā)送出去
w.postMessage(sharedBuffer);


// 在共享內(nèi)存上建立視圖，供寫入數(shù)據(jù)
const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);

上面代碼中， postMessage 方法的參數(shù)是 SharedArrayBuffer 對象。

Worker 線程從事件的 data 屬性上面取到數(shù)據(jù)。

// Worker 線程
onmessage = function (ev) {
  // 主線程共享的數(shù)據(jù)，就是 1KB 的共享內(nèi)存
  const sharedBuffer = ev.data;


  // 在共享內(nèi)存上建立視圖，方便讀寫
  const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);


  // ...
};

共享內(nèi)存也可以在 Worker 線程創(chuàng)建，發(fā)給主線程。

SharedArrayBuffer 與 ArrayBuffer 一樣，本身是無法讀寫的，必須在上面建立視圖，然后通過視圖讀寫。

// 分配 10 萬個 32 位整數(shù)占據(jù)的內(nèi)存空間
const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000);


// 建立 32 位整數(shù)視圖
const ia = new Int32Array(sab);  // ia.length == 100000


// 新建一個質(zhì)數(shù)生成器
const primes = new PrimeGenerator();


// 將 10 萬個質(zhì)數(shù)，寫入這段內(nèi)存空間
for ( let i=0 ; i < ia.length ; i++ )
  ia[i] = primes.next();


// 向 Worker 線程發(fā)送這段共享內(nèi)存
w.postMessage(ia);

Worker 線程收到數(shù)據(jù)后的處理如下。

// Worker 線程
let ia;
onmessage = function (ev) {
  ia = ev.data;
  console.log(ia.length); // 100000
  console.log(ia[37]); // 輸出 163，因為這是第38個質(zhì)數(shù)
};

7. Atomics 對象

多線程共享內(nèi)存，最大的問題就是如何防止兩個線程同時修改某個地址，或者說，當一個線程修改共享內(nèi)存以后，必須有一個機制讓其他線程同步。SharedArrayBuffer API 提供Atomics對象，保證所有共享內(nèi)存的操作都是“原子性”的，并且可以在所有線程內(nèi)同步。

什么叫“原子性操作”呢？現(xiàn)代編程語言中，一條普通的命令被編譯器處理以后，會變成多條機器指令。如果是單線程運行，這是沒有問題的；多線程環(huán)境并且共享內(nèi)存時，就會出問題，因為這一組機器指令的運行期間，可能會插入其他線程的指令，從而導(dǎo)致運行結(jié)果出錯。請看下面的例子。

// 主線程
ia[42] = 314159;  // 原先的值 191
ia[37] = 123456;  // 原先的值 163


// Worker 線程
console.log(ia[37]);
console.log(ia[42]);
// 可能的結(jié)果
// 123456
// 191

上面代碼中，主線程的原始順序是先對 42 號位置賦值，再對 37 號位置賦值。但是，編譯器和 CPU 為了優(yōu)化，可能會改變這兩個操作的執(zhí)行順序（因為它們之間互不依賴），先對 37 號位置賦值，再對 42 號位置賦值。而執(zhí)行到一半的時候，Worker 線程可能就會來讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致打印出 123456 和 191 。

下面是另一個例子。

// 主線程
const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000);
const ia = new Int32Array(sab);


for (let i = 0; i < ia.length; i++) {
  ia[i] = primes.next(); // 將質(zhì)數(shù)放入 ia
}


// worker 線程
ia[112]++; // 錯誤
Atomics.add(ia, 112, 1); // 正確

上面代碼中，Worker 線程直接改寫共享內(nèi)存 ia[112]++ 是不正確的。因為這行語句會被編譯成多條機器指令，這些指令之間無法保證不會插入其他進程的指令。請設(shè)想如果兩個線程同時 ia[112]++ ，很可能它們得到的結(jié)果都是不正確的。

Atomics 對象就是為了解決這個問題而提出，它可以保證一個操作所對應(yīng)的多條機器指令，一定是作為一個整體運行的，中間不會被打斷。也就是說，它所涉及的操作都可以看作是原子性的單操作，這可以避免線程競爭，提高多線程共享內(nèi)存時的操作安全。所以， ia[112]++ 要改寫成 Atomics.add(ia, 112, 1) 。

Atomics 對象提供多種方法。

（1）Atomics.store()，Atomics.load()

store() 方法用來向共享內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)， load() 方法用來從共享內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)。比起直接的讀寫操作，它們的好處是保證了讀寫操作的原子性。

此外，它們還用來解決一個問題：多個線程使用共享內(nèi)存的某個位置作為開關(guān)（flag），一旦該位置的值變了，就執(zhí)行特定操作。這時，必須保證該位置的賦值操作，一定是在它前面的所有可能會改寫內(nèi)存的操作結(jié)束后執(zhí)行；而該位置的取值操作，一定是在它后面所有可能會讀取該位置的操作開始之前執(zhí)行。 store 方法和 load 方法就能做到這一點，編譯器不會為了優(yōu)化，而打亂機器指令的執(zhí)行順序。

Atomics.load(array, index)
Atomics.store(array, index, value)

store 方法接受三個參數(shù)：SharedBuffer 的視圖、位置索引和值，返回 sharedArray[index] 的值。 load 方法只接受兩個參數(shù)：SharedBuffer 的視圖和位置索引，也是返回 sharedArray[index] 的值。

// 主線程 main.js
ia[42] = 314159;  // 原先的值 191
Atomics.store(ia, 37, 123456);  // 原先的值是 163


// Worker 線程 worker.js
while (Atomics.load(ia, 37) == 163);
console.log(ia[37]);  // 123456
console.log(ia[42]);  // 314159

上面代碼中，主線程的 Atomics.store 向 42 號位置的賦值，一定是早于 37 位置的賦值。只要 37 號位置等于 163，Worker 線程就不會終止循環(huán)，而對 37 號位置和 42 號位置的取值，一定是在 Atomics.load 操作之后。

下面是另一個例子。

// 主線程
const worker = new Worker('worker.js');
const length = 10;
const size = Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * length;
// 新建一段共享內(nèi)存
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(size);
const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);
for (let i = 0; i < 10; i++) {
  // 向共享內(nèi)存寫入 10 個整數(shù)
  Atomics.store(sharedArray, i, 0);
}
worker.postMessage(sharedBuffer);

上面代碼中，主線程用 Atomics.store() 方法寫入數(shù)據(jù)。下面是 Worker 線程用 Atomics.load() 方法讀取數(shù)據(jù)。

// worker.js
self.addEventListener('message', (event) => {
  const sharedArray = new Int32Array(event.data);
  for (let i = 0; i < 10; i++) {
    const arrayValue = Atomics.load(sharedArray, i);
    console.log( The item at array index ${i} is ${arrayValue} );
  }
}, false);

（2）Atomics.exchange()

Worker 線程如果要寫入數(shù)據(jù)，可以使用上面的 Atomics.store() 方法，也可以使用 Atomics.exchange() 方法。它們的區(qū)別是， Atomics.store() 返回寫入的值，而 Atomics.exchange() 返回被替換的值。

// Worker 線程
self.addEventListener('message', (event) => {
  const sharedArray = new Int32Array(event.data);
  for (let i = 0; i < 10; i++) {
    if (i % 2 === 0) {
      const storedValue = Atomics.store(sharedArray, i, 1);
      console.log( The item at array index ${i} is now ${storedValue} );
    } else {
      const exchangedValue = Atomics.exchange(sharedArray, i, 2);
      console.log( The item at array index ${i} was ${exchangedValue}, now 2 );
    }
  }
}, false);

上面代碼將共享內(nèi)存的偶數(shù)位置的值改成 1 ，奇數(shù)位置的值改成 2 。

（3）Atomics.wait()，Atomics.wake()

使用 while 循環(huán)等待主線程的通知，不是很高效，如果用在主線程，就會造成卡頓， Atomics 對象提供了 wait() 和 wake() 兩個方法用于等待通知。這兩個方法相當于鎖內(nèi)存，即在一個線程進行操作時，讓其他線程休眠（建立鎖），等到操作結(jié)束，再喚醒那些休眠的線程（解除鎖）。

// Worker 線程
self.addEventListener('message', (event) => {
  const sharedArray = new Int32Array(event.data);
  const arrayIndex = 0;
  const expectedStoredValue = 50;
  Atomics.wait(sharedArray, arrayIndex, expectedStoredValue);
  console.log(Atomics.load(sharedArray, arrayIndex));
}, false);

上面代碼中， Atomics.wait() 方法等同于告訴 Worker 線程，只要滿足給定條件（ sharedArray 的 0 號位置等于 50 ），就在這一行 Worker 線程進入休眠。

主線程一旦更改了指定位置的值，就可以喚醒 Worker 線程。

// 主線程
const newArrayValue = 100;
Atomics.store(sharedArray, 0, newArrayValue);
const arrayIndex = 0;
const queuePos = 1;
Atomics.wake(sharedArray, arrayIndex, queuePos);

上面代碼中， sharedArray 的 0 號位置改為 100 ，然后就執(zhí)行 Atomics.wake() 方法，喚醒在 sharedArray 的 0 號位置休眠隊列里的一個線程。

Atomics.wait() 方法的使用格式如下。

Atomics.wait(sharedArray, index, value, timeout)

它的四個參數(shù)含義如下。

sharedArray：共享內(nèi)存的視圖數(shù)組。
index：視圖數(shù)據(jù)的位置（從0開始）。
value：該位置的預(yù)期值。一旦實際值等于預(yù)期值，就進入休眠。
timeout：整數(shù)，表示過了這個時間以后，就自動喚醒，單位毫秒。該參數(shù)可選，默認值是 Infinity ，即無限期的休眠，只有通過 Atomics.wake() 方法才能喚醒。

Atomics.wait() 的返回值是一個字符串，共有三種可能的值。如果 sharedArray[index] 不等于 value ，就返回字符串 not-equal ，否則就進入休眠。如果 Atomics.wake() 方法喚醒，就返回字符串 ok ；如果因為超時喚醒，就返回字符串 timed-out 。

Atomics.wake() 方法的使用格式如下。

Atomics.wake(sharedArray, index, count)

它的三個參數(shù)含義如下。

sharedArray：共享內(nèi)存的視圖數(shù)組。
index：視圖數(shù)據(jù)的位置（從0開始）。
count：需要喚醒的 Worker 線程的數(shù)量，默認為 Infinity 。

Atomics.wake() 方法一旦喚醒休眠的 Worker 線程，就會讓它繼續(xù)往下運行。

請看一個例子。

// 主線程
console.log(ia[37]);  // 163
Atomics.store(ia, 37, 123456);
Atomics.wake(ia, 37, 1);


// Worker 線程
Atomics.wait(ia, 37, 163);
console.log(ia[37]);  // 123456

上面代碼中，視圖數(shù)組 ia 的第 37 號位置，原來的值是 163 。Worker 線程使用 Atomics.wait() 方法，指定只要 ia[37] 等于 163 ，就進入休眠狀態(tài)。主線程使用 Atomics.store() 方法，將 123456 寫入 ia[37] ，然后使用 Atomics.wake() 方法喚醒 Worker 線程。

另外，基于 wait 和 wake 這兩個方法的鎖內(nèi)存實現(xiàn)，可以看 Lars T Hansen 的 js-lock-and-condition 這個庫。

注意，瀏覽器的主線程不宜設(shè)置休眠，這會導(dǎo)致用戶失去響應(yīng)。而且，主線程實際上會拒絕進入休眠。

（4）運算方法

共享內(nèi)存上面的某些運算是不能被打斷的，即不能在運算過程中，讓其他線程改寫內(nèi)存上面的值。Atomics 對象提供了一些運算方法，防止數(shù)據(jù)被改寫。

Atomics.add(sharedArray, index, value)

Atomics.add 用于將 value 加到 sharedArray[index] ，返回 sharedArray[index] 舊的值。

Atomics.sub(sharedArray, index, value)

Atomics.sub 用于將 value 從 sharedArray[index] 減去，返回 sharedArray[index] 舊的值。

Atomics.and(sharedArray, index, value)

Atomics.and 用于將 value 與 sharedArray[index] 進行位運算 and ，放入 sharedArray[index] ，并返回舊的值。

Atomics.or(sharedArray, index, value)

Atomics.or 用于將 value 與 sharedArray[index] 進行位運算 or ，放入 sharedArray[index] ，并返回舊的值。

Atomics.xor(sharedArray, index, value)

Atomic.xor 用于將 vaule 與 sharedArray[index] 進行位運算 xor ，放入 sharedArray[index] ，并返回舊的值。

（5）其他方法

Atomics 對象還有以下方法。

Atomics.compareExchange(sharedArray, index, oldval, newval) ：如果 sharedArray[index] 等于 oldval ，就寫入 newval ，返回 oldval 。
Atomics.isLockFree(size) ：返回一個布爾值，表示 Atomics 對象是否可以處理某個 size 的內(nèi)存鎖定。如果返回 false ，應(yīng)用程序就需要自己來實現(xiàn)鎖定。

Atomics.compareExchange 的一個用途是，從 SharedArrayBuffer 讀取一個值，然后對該值進行某個操作，操作結(jié)束以后，檢查一下 SharedArrayBuffer 里面原來那個值是否發(fā)生變化（即被其他線程改寫過）。如果沒有改寫過，就將它寫回原來的位置，否則讀取新的值，再重頭進行一次操作。

ArrayBuffer

ArrayBuffer

1. ArrayBuffer 對象

概述

ArrayBuffer.prototype.byteLength

ArrayBuffer.prototype.slice()

ArrayBuffer.isView()

2. TypedArray 視圖

概述

構(gòu)造函數(shù)

數(shù)組方法

字節(jié)序

BYTES_PER_ELEMENT 屬性

ArrayBuffer 與字符串的互相轉(zhuǎn)換

溢出

TypedArray.prototype.buffer

TypedArray.prototype.byteLength，TypedArray.prototype.byteOffset

TypedArray.prototype.length

TypedArray.prototype.set()

TypedArray.prototype.subarray()

TypedArray.prototype.slice()

TypedArray.of()

TypedArray.from()

3. 復(fù)合視圖

4. DataView 視圖

5. 二進制數(shù)組的應(yīng)用

AJAX

Canvas

WebSocket

Fetch API

File API

6. SharedArrayBuffer

7. Atomics 對象

TypedArray.prototype.byteLength，TypedArray.prototype.byteOffset