# ArrayBuffer `ArrayBuffer`对象、`TypedArray`视图和`DataView`视图是 JavaScript 操作二进制数据的一个接口。这些对象早就存在,属于独立的规格(2011 年 2 月发布),ES6 将它们纳入了 ECMAScript 规格,并且增加了新的方法。它们都是以数组的语法处理二进制数据,所以统称为二进制数组。 这个接口的原始设计目的,与 WebGL 项目有关。所谓 WebGL,就是指浏览器与显卡之间的通信接口,为了满足 JavaScript 与显卡之间大量的、实时的数据交换,它们之间的数据通信必须是二进制的,而不能是传统的文本格式。文本格式传递一个 32 位整数,两端的 JavaScript 脚本与显卡都要进行格式转化,将非常耗时。这时要是存在一种机制,可以像 C 语言那样,直接操作字节,将 4 个字节的 32 位整数,以二进制形式原封不动地送入显卡,脚本的性能就会大幅提升。 二进制数组就是在这种背景下诞生的。它很像 C 语言的数组,允许开发者以数组下标的形式,直接操作内存,大大增强了 JavaScript 处理二进制数据的能力,使得开发者有可能通过 JavaScript 与操作系统的原生接口进行二进制通信。 二进制数组由三类对象组成。 **(1)`ArrayBuffer`对象**:代表内存之中的一段二进制数据,可以通过“视图”进行操作。“视图”部署了数组接口,这意味着,可以用数组的方法操作内存。 **(2)`TypedArray`视图**:共包括 9 种类型的视图,比如`Uint8Array`(无符号 8 位整数)数组视图, `Int16Array`(16 位整数)数组视图, `Float32Array`(32 位浮点数)数组视图等等。 **(3)`DataView`视图**:可以自定义复合格式的视图,比如第一个字节是 Uint8(无符号 8 位整数)、第二、三个字节是 Int16(16 位整数)、第四个字节开始是 Float32(32 位浮点数)等等,此外还可以自定义字节序。 简单说,`ArrayBuffer`对象代表原始的二进制数据,`TypedArray`视图用来读写简单类型的二进制数据,`DataView`视图用来读写复杂类型的二进制数据。 `TypedArray`视图支持的数据类型一共有 9 种(`DataView`视图支持除`Uint8C`以外的其他 8 种)。 | 数据类型 | 字节长度 | 含义 | 对应的 C 语言类型 | | -------- | -------- | -------------------------------- | ----------------- | | Int8 | 1 | 8 位带符号整数 | signed char | | Uint8 | 1 | 8 位不带符号整数 | unsigned char | | Uint8C | 1 | 8 位不带符号整数(自动过滤溢出) | unsigned char | | Int16 | 2 | 16 位带符号整数 | short | | Uint16 | 2 | 16 位不带符号整数 | unsigned short | | Int32 | 4 | 32 位带符号整数 | int | | Uint32 | 4 | 32 位不带符号的整数 | unsigned int | | Float32 | 4 | 32 位浮点数 | float | | Float64 | 8 | 64 位浮点数 | double | 注意,二进制数组并不是真正的数组,而是类似数组的对象。 很多浏览器操作的 API,用到了二进制数组操作二进制数据,下面是其中的几个。 - [Canvas](#canvas) - [Fetch API](#fetch-api) - [File API](#file-api) - [WebSockets](#websocket) - [XMLHttpRequest](#ajax) ## ArrayBuffer 对象 ### 概述 `ArrayBuffer`对象代表储存二进制数据的一段内存,它不能直接读写,只能通过视图(`TypedArray`视图和`DataView`视图)来读写,视图的作用是以指定格式解读二进制数据。 `ArrayBuffer`也是一个构造函数,可以分配一段可以存放数据的连续内存区域。 ```javascript const buf = new ArrayBuffer(32); ``` 上面代码生成了一段 32 字节的内存区域,每个字节的值默认都是 0。可以看到,`ArrayBuffer`构造函数的参数是所需要的内存大小(单位字节)。 为了读写这段内容,需要为它指定视图。`DataView`视图的创建,需要提供`ArrayBuffer`对象实例作为参数。 ```javascript const buf = new ArrayBuffer(32); const dataView = new DataView(buf); dataView.getUint8(0) // 0 ``` 上面代码对一段 32 字节的内存,建立`DataView`视图,然后以不带符号的 8 位整数格式,从头读取 8 位二进制数据,结果得到 0,因为原始内存的`ArrayBuffer`对象,默认所有位都是 0。 另一种`TypedArray`视图,与`DataView`视图的一个区别是,它不是一个构造函数,而是一组构造函数,代表不同的数据格式。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(12); const x1 = new Int32Array(buffer); x1[0] = 1; const x2 = new Uint8Array(buffer); x2[0] = 2; x1[0] // 2 ``` 上面代码对同一段内存,分别建立两种视图:32 位带符号整数(`Int32Array`构造函数)和 8 位不带符号整数(`Uint8Array`构造函数)。由于两个视图对应的是同一段内存,一个视图修改底层内存,会影响到另一个视图。 `TypedArray`视图的构造函数,除了接受`ArrayBuffer`实例作为参数,还可以接受普通数组作为参数,直接分配内存生成底层的`ArrayBuffer`实例,并同时完成对这段内存的赋值。 ```javascript const typedArray = new Uint8Array([0,1,2]); typedArray.length // 3 typedArray[0] = 5; typedArray // [5, 1, 2] ``` 上面代码使用`TypedArray`视图的`Uint8Array`构造函数,新建一个不带符号的 8 位整数视图。可以看到,`Uint8Array`直接使用普通数组作为参数,对底层内存的赋值同时完成。 ### ArrayBuffer.prototype.byteLength `ArrayBuffer`实例的`byteLength`属性,返回所分配的内存区域的字节长度。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(32); buffer.byteLength // 32 ``` 如果要分配的内存区域很大,有可能分配失败(因为没有那么多的连续空余内存),所以有必要检查是否分配成功。 ```javascript if (buffer.byteLength === n) { // 成功 } else { // 失败 } ``` ### ArrayBuffer.prototype.slice() `ArrayBuffer`实例有一个`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。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); const newBuffer = buffer.slice(0, 3); ``` 上面代码拷贝`buffer`对象的前 3 个字节(从 0 开始,到第 3 个字节前面结束),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(含该字节),第二个参数表示拷贝截止的字节序号(不含该字节)。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。 ### ArrayBuffer.isView() `ArrayBuffer`有一个静态方法`isView`,返回一个布尔值,表示参数是否为`ArrayBuffer`的视图实例。这个方法大致相当于判断参数,是否为`TypedArray`实例或`DataView`实例。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); ArrayBuffer.isView(buffer) // false const v = new Int32Array(buffer); ArrayBuffer.isView(v) // true ``` ## TypedArray 视图 ### 概述 `ArrayBuffer`对象作为内存区域,可以存放多种类型的数据。同一段内存,不同数据有不同的解读方式,这就叫做“视图”(view)。`ArrayBuffer`有两种视图,一种是`TypedArray`视图,另一种是`DataView`视图。前者的数组成员都是同一个数据类型,后者的数组成员可以是不同的数据类型。 目前,`TypedArray`视图一共包括 9 种类型,每一种视图都是一种构造函数。 - **`Int8Array`**:8 位有符号整数,长度 1 个字节。 - **`Uint8Array`**:8 位无符号整数,长度 1 个字节。 - **`Uint8ClampedArray`**:8 位无符号整数,长度 1 个字节,溢出处理不同。 - **`Int16Array`**:16 位有符号整数,长度 2 个字节。 - **`Uint16Array`**:16 位无符号整数,长度 2 个字节。 - **`Int32Array`**:32 位有符号整数,长度 4 个字节。 - **`Uint32Array`**:32 位无符号整数,长度 4 个字节。 - **`Float32Array`**:32 位浮点数,长度 4 个字节。 - **`Float64Array`**:64 位浮点数,长度 8 个字节。 这 9 个构造函数生成的数组,统称为`TypedArray`视图。它们很像普通数组,都有`length`属性,都能用方括号运算符(`[]`)获取单个元素,所有数组的方法,在它们上面都能使用。普通数组与 TypedArray 数组的差异主要在以下方面。 - TypedArray 数组的所有成员,都是同一种类型。 - TypedArray 数组的成员是连续的,不会有空位。 - TypedArray 数组成员的默认值为 0。比如,`new Array(10)`返回一个普通数组,里面没有任何成员,只是 10 个空位;`new Uint8Array(10)`返回一个 TypedArray 数组,里面 10 个成员都是 0。 - TypedArray 数组只是一层视图,本身不储存数据,它的数据都储存在底层的`ArrayBuffer`对象之中,要获取底层对象必须使用`buffer`属性。 ### 构造函数 TypedArray 数组提供 9 种构造函数,用来生成相应类型的数组实例。 构造函数有多种用法。 **(1)TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)** 同一个`ArrayBuffer`对象之上,可以根据不同的数据类型,建立多个视图。 ```javascript // 创建一个8字节的ArrayBuffer const b = new ArrayBuffer(8); // 创建一个指向b的Int32视图,开始于字节0,直到缓冲区的末尾 const v1 = new Int32Array(b); // 创建一个指向b的Uint8视图,开始于字节2,直到缓冲区的末尾 const v2 = new Uint8Array(b, 2); // 创建一个指向b的Int16视图,开始于字节2,长度为2 const v3 = new Int16Array(b, 2, 2); ``` 上面代码在一段长度为 8 个字节的内存(`b`)之上,生成了三个视图:`v1`、`v2`和`v3`。 视图的构造函数可以接受三个参数: - 第一个参数(必需):视图对应的底层`ArrayBuffer`对象。 - 第二个参数(可选):视图开始的字节序号,默认从 0 开始。 - 第三个参数(可选):视图包含的数据个数,默认直到本段内存区域结束。 因此,`v1`、`v2`和`v3`是重叠的:`v1[0]`是一个 32 位整数,指向字节 0 ~字节 3;`v2[0]`是一个 8 位无符号整数,指向字节 2;`v3[0]`是一个 16 位整数,指向字节 2 ~字节 3。只要任何一个视图对内存有所修改,就会在另外两个视图上反应出来。 注意,`byteOffset`必须与所要建立的数据类型一致,否则会报错。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); const i16 = new Int16Array(buffer, 1); // Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2 ``` 上面代码中,新生成一个 8 个字节的`ArrayBuffer`对象,然后在这个对象的第一个字节,建立带符号的 16 位整数视图,结果报错。因为,带符号的 16 位整数需要两个字节,所以`byteOffset`参数必须能够被 2 整除。 如果想从任意字节开始解读`ArrayBuffer`对象,必须使用`DataView`视图,因为`TypedArray`视图只提供 9 种固定的解读格式。 **(2)TypedArray(length)** 视图还可以不通过`ArrayBuffer`对象,直接分配内存而生成。 ```javascript const 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。 **(3)TypedArray(typedArray)** TypedArray 数组的构造函数,可以接受另一个`TypedArray`实例作为参数。 ```javascript const typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4)); ``` 上面代码中,`Int8Array`构造函数接受一个`Uint8Array`实例作为参数。 注意,此时生成的新数组,只是复制了参数数组的值,对应的底层内存是不一样的。新数组会开辟一段新的内存储存数据,不会在原数组的内存之上建立视图。 ```javascript const x = new Int8Array([1, 1]); const y = new Int8Array(x); x[0] // 1 y[0] // 1 x[0] = 2; y[0] // 1 ``` 上面代码中,数组`y`是以数组`x`为模板而生成的,当`x`变动的时候,`y`并没有变动。 如果想基于同一段内存,构造不同的视图,可以采用下面的写法。 ```javascript 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)** 构造函数的参数也可以是一个普通数组,然后直接生成`TypedArray`实例。 ```javascript const typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]); ``` 注意,这时`TypedArray`视图会重新开辟内存,不会在原数组的内存上建立视图。 上面代码从一个普通的数组,生成一个 8 位无符号整数的`TypedArray`实例。 TypedArray 数组也可以转换回普通数组。 ```javascript const normalArray = [...typedArray]; // or const normalArray = Array.from(typedArray); // or const normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray); ``` ### 数组方法 普通数组的操作方法和属性,对 TypedArray 数组完全适用。 - `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,请参阅数组方法的介绍,这里不再重复了。 注意,TypedArray 数组没有`concat`方法。如果想要合并多个 TypedArray 数组,可以用下面这个函数。 ```javascript 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 数组与普通数组一样,部署了 Iterator 接口,所以可以被遍历。 ```javascript let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); for (let byte of ui8) { console.log(byte); } // 0 // 1 // 2 ``` ### 字节序 字节序指的是数值在内存中的表示方式。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(16); const int32View = new Int32Array(buffer); for (let i = 0; i < int32View.length; i++) { int32View[i] = i * 2; } ``` 上面代码生成一个 16 字节的`ArrayBuffer`对象,然后在它的基础上,建立了一个 32 位整数的视图。由于每个 32 位整数占据 4 个字节,所以一共可以写入 4 个整数,依次为 0,2,4,6。 如果在这段数据上接着建立一个 16 位整数的视图,则可以读出完全不一样的结果。 ```javascript 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 ``` 由于每个 16 位整数占据 2 个字节,所以整个`ArrayBuffer`对象现在分成 8 段。然后,由于 x86 体系的计算机都采用小端字节序(little endian),相对重要的字节排在后面的内存地址,相对不重要字节排在前面的内存地址,所以就得到了上面的结果。 比如,一个占据四个字节的 16 进制数`0x12345678`,决定其大小的最重要的字节是“12”,最不重要的是“78”。小端字节序将最不重要的字节排在前面,储存顺序就是`78563412`;大端字节序则完全相反,将最重要的字节排在前面,储存顺序就是`12345678`。目前,所有个人电脑几乎都是小端字节序,所以 TypedArray 数组内部也采用小端字节序读写数据,或者更准确的说,按照本机操作系统设定的字节序读写数据。 这并不意味大端字节序不重要,事实上,很多网络设备和特定的操作系统采用的是大端字节序。这就带来一个严重的问题:如果一段数据是大端字节序,TypedArray 数组将无法正确解析,因为它只能处理小端字节序!为了解决这个问题,JavaScript 引入`DataView`对象,可以设定字节序,下文会详细介绍。 下面是另一个例子。 ```javascript // 假定某段buffer包含如下字节 [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); // 计算机采用小端字节序 // 所以头两个字节等于258 if (uInt16View[0] === 258) { console.log('OK'); // "OK" } // 赋值运算 uInt16View[0] = 255; // 字节变为[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07] uInt16View[0] = 0xff05; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07] uInt16View[1] = 0x0210; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02] ``` 下面的函数可以用来判断,当前视图是小端字节序,还是大端字节序。 ```javascript 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'); } } ``` 总之,与普通数组相比,TypedArray 数组的最大优点就是可以直接操作内存,不需要数据类型转换,所以速度快得多。 ### BYTES_PER_ELEMENT 属性 每一种视图的构造函数,都有一个`BYTES_PER_ELEMENT`属性,表示这种数据类型占据的字节数。 ```javascript 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 ``` 这个属性在`TypedArray`实例上也能获取,即有`TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT`。 ### ArrayBuffer 与字符串的互相转换 `ArrayBuffer` 和字符串的相互转换,使用原生 `TextEncoder` 和 `TextDecoder` 方法。为了便于说明用法,下面的代码都按照 TypeScript 的用法,给出了类型签名。 ```javascript /** * 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 } ``` 上面代码中,`ab2str()`的第二个参数`outputEncoding`给出了输出编码的编码,一般保持默认值(`utf-8`),其他可选值参见[官方文档](https://encoding.spec.whatwg.org)或 [Node.js 文档](https://nodejs.org/api/util.html#util_whatwg_supported_encodings)。 ### 溢出 不同的视图类型,所能容纳的数值范围是确定的。超出这个范围,就会出现溢出。比如,8 位视图只能容纳一个 8 位的二进制值,如果放入一个 9 位的值,就会溢出。 TypedArray 数组的溢出处理规则,简单来说,就是抛弃溢出的位,然后按照视图类型进行解释。 ```javascript const uint8 = new Uint8Array(1); uint8[0] = 256; uint8[0] // 0 uint8[0] = -1; uint8[0] // 255 ``` 上面代码中,`uint8`是一个 8 位视图,而 256 的二进制形式是一个 9 位的值`100000000`,这时就会发生溢出。根据规则,只会保留后 8 位,即`00000000`。`uint8`视图的解释规则是无符号的 8 位整数,所以`00000000`就是`0`。 负数在计算机内部采用“2 的补码”表示,也就是说,将对应的正数值进行否运算,然后加`1`。比如,`-1`对应的正值是`1`,进行否运算以后,得到`11111110`,再加上`1`就是补码形式`11111111`。`uint8`按照无符号的 8 位整数解释`11111111`,返回结果就是`255`。 一个简单转换规则,可以这样表示。 - 正向溢出(overflow):当输入值大于当前数据类型的最大值,结果等于当前数据类型的最小值加上余值,再减去 1。 - 负向溢出(underflow):当输入值小于当前数据类型的最小值,结果等于当前数据类型的最大值减去余值的绝对值,再加上 1。 上面的“余值”就是模运算的结果,即 JavaScript 里面的`%`运算符的结果。 ```javascript 12 % 4 // 0 12 % 5 // 2 ``` 上面代码中,12 除以 4 是没有余值的,而除以 5 会得到余值 2。 请看下面的例子。 ```javascript const int8 = new Int8Array(1); int8[0] = 128; int8[0] // -128 int8[0] = -129; int8[0] // 127 ``` 上面例子中,`int8`是一个带符号的 8 位整数视图,它的最大值是 127,最小值是-128。输入值为`128`时,相当于正向溢出`1`,根据“最小值加上余值(128 除以 127 的余值是 1),再减去 1”的规则,就会返回`-128`;输入值为`-129`时,相当于负向溢出`1`,根据“最大值减去余值的绝对值(-129 除以-128 的余值的绝对值是 1),再加上 1”的规则,就会返回`127`。 `Uint8ClampedArray`视图的溢出规则,与上面的规则不同。它规定,凡是发生正向溢出,该值一律等于当前数据类型的最大值,即 255;如果发生负向溢出,该值一律等于当前数据类型的最小值,即 0。 ```javascript const uint8c = new Uint8ClampedArray(1); uint8c[0] = 256; uint8c[0] // 255 uint8c[0] = -1; uint8c[0] // 0 ``` 上面例子中,`uint8C`是一个`Uint8ClampedArray`视图,正向溢出时都返回 255,负向溢出都返回 0。 ### TypedArray.prototype.buffer `TypedArray`实例的`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。 ```javascript const a = new Float32Array(64); const b = new Uint8Array(a.buffer); ``` 上面代码的`a`视图对象和`b`视图对象,对应同一个`ArrayBuffer`对象,即同一段内存。 ### TypedArray.prototype.byteLength,TypedArray.prototype.byteOffset `byteLength`属性返回 TypedArray 数组占据的内存长度,单位为字节。`byteOffset`属性返回 TypedArray 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。 ```javascript 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`属性表示 `TypedArray` 数组含有多少个成员。注意将 `length` 属性和 `byteLength` 属性区分,前者是成员长度,后者是字节长度。 ```javascript const a = new Int16Array(8); a.length // 8 a.byteLength // 16 ``` ### TypedArray.prototype.set() TypedArray 数组的`set`方法用于复制数组(普通数组或 TypedArray 数组),也就是将一段内容完全复制到另一段内存。 ```javascript const a = new Uint8Array(8); const 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`对象的哪一个成员开始复制`a`对象。 ```javascript const a = new Uint16Array(8); const 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,所以从`b[2]`开始复制。 ### TypedArray.prototype.subarray() `subarray`方法是对于 TypedArray 数组的一部分,再建立一个新的视图。 ```javascript const a = new Uint16Array(8); const 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。 ### TypedArray.prototype.slice() TypeArray 实例的`slice`方法,可以返回一个指定位置的新的`TypedArray`实例。 ```javascript let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); ui8.slice(-1) // Uint8Array [ 2 ] ``` 上面代码中,`ui8`是 8 位无符号整数数组视图的一个实例。它的`slice`方法可以从当前视图之中,返回一个新的视图实例。 `slice`方法的参数,表示原数组的具体位置,开始生成新数组。负值表示逆向的位置,即-1 为倒数第一个位置,-2 表示倒数第二个位置,以此类推。 ### TypedArray.of() TypedArray 数组的所有构造函数,都有一个静态方法`of`,用于将参数转为一个`TypedArray`实例。 ```javascript Float32Array.of(0.151, -8, 3.7) // Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ] ``` 下面三种方法都会生成同样一个 TypedArray 数组。 ```javascript // 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() 静态方法`from`接受一个可遍历的数据结构(比如数组)作为参数,返回一个基于这个结构的`TypedArray`实例。 ```javascript Uint16Array.from([0, 1, 2]) // Uint16Array [ 0, 1, 2 ] ``` 这个方法还可以将一种`TypedArray`实例,转为另一种。 ```javascript const ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2)); ui16 instanceof Uint16Array // true ``` `from`方法还可以接受一个函数,作为第二个参数,用来对每个元素进行遍历,功能类似`map`方法。 ```javascript 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`方法没有发生溢出,这说明遍历不是针对原来的 8 位整数数组。也就是说,`from`会将第一个参数指定的 TypedArray 数组,拷贝到另一段内存之中,处理之后再将结果转成指定的数组格式。 ## 复合视图 由于视图的构造函数可以指定起始位置和长度,所以在同一段内存之中,可以依次存放不同类型的数据,这叫做“复合视图”。 ```javascript 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); ``` 上面代码将一个 24 字节长度的`ArrayBuffer`对象,分成三个部分: - 字节 0 到字节 3:1 个 32 位无符号整数 - 字节 4 到字节 19:16 个 8 位整数 - 字节 20 到字节 23:1 个 32 位浮点数 这种数据结构可以用如下的 C 语言描述: ```c struct someStruct { unsigned long id; char username[16]; float amountDue; }; ``` ## 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`TypedArray`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`视图的设计目的,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`视图本身也是构造函数,接受一个`ArrayBuffer`对象作为参数,生成视图。 ```javascript new DataView(ArrayBuffer buffer [, 字节起始位置 [, 长度]]); ``` 下面是一个例子。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(24); const dv = new DataView(buffer); ``` `DataView`实例有以下属性,含义与`TypedArray`实例的同名方法相同。 - `DataView.prototype.buffer`:返回对应的 ArrayBuffer 对象 - `DataView.prototype.byteLength`:返回占据的内存字节长度 - `DataView.prototype.byteOffset`:返回当前视图从对应的 ArrayBuffer 对象的哪个字节开始 `DataView`实例提供10个方法读取内存。 - **`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。 - **`getBigInt64`**:读取 8 个字节,返回一个 64 位整数。 - **`getBigUint64`**:读取 8 个字节,返回一个无符号的 64 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(不能是负数,否则会报错),表示从哪个字节开始读取。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(24); const dv = new DataView(buffer); // 从第1个字节读取一个8位无符号整数 const v1 = dv.getUint8(0); // 从第2个字节读取一个16位无符号整数 const v2 = dv.getUint16(1); // 从第4个字节读取一个16位无符号整数 const 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`。 ```javascript // 小端字节序 const v1 = dv.getUint16(1, true); // 大端字节序 const v2 = dv.getUint16(3, false); // 大端字节序 const v3 = dv.getUint16(3); ``` DataView 视图提供10个方法写入内存。 - **`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。 - **`setBigInt64`**:写入 8 个字节的 64 位整数。 - **`setBigUint64`**:写入 8 个字节的 64 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。 ```javascript // 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。 ```javascript 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`,就是小端字节序;如果返回`false`,就是大端字节序。 ## 二进制数组的应用 大量的 Web API 用到了`ArrayBuffer`对象和它的视图对象。 ### AJAX 传统上,服务器通过 AJAX 操作只能返回文本数据,即`responseType`属性默认为`text`。`XMLHttpRequest`第二版`XHR2`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`。 ```javascript let xhr = new XMLHttpRequest(); xhr.open('GET', someUrl); xhr.responseType = 'arraybuffer'; xhr.onload = function () { let arrayBuffer = xhr.response; // ··· }; xhr.send(); ``` 如果知道传回来的是 32 位整数,可以像下面这样处理。 ```javascript 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 网页`Canvas`元素输出的二进制像素数据,就是 TypedArray 数组。 ```javascript 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,上面代码的`uint8ClampedArray`虽然是一个 TypedArray 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: ```javascript 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。 ```javascript 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。 ### WebSocket `WebSocket`可以通过`ArrayBuffer`,发送或接收二进制数据。 ```javascript 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 取回的数据,就是`ArrayBuffer`对象。 ```javascript fetch(url) .then(function(response){ return response.arrayBuffer() }) .then(function(arrayBuffer){ // ... }); ``` ### File API 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`ArrayBuffer`对象。 ```javascript 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。 ```javascript const 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。 ```javascript function processimage(e) { const buffer = e.target.result; const datav = new DataView(buffer); const 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。 ```javascript 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。 ```javascript 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。 ```javascript const 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。 ## SharedArrayBuffer JavaScript 是单线程的,Web worker 引入了多线程:主线程用来与用户互动,Worker 线程用来承担计算任务。每个线程的数据都是隔离的,通过`postMessage()`通信。下面是一个例子。 ```javascript // 主线程 const w = new Worker('myworker.js'); ``` 上面代码中,主线程新建了一个 Worker 线程。该线程与主线程之间会有一个通信渠道,主线程通过`w.postMessage`向 Worker 线程发消息,同时通过`message`事件监听 Worker 线程的回应。 ```javascript // 主线程 w.postMessage('hi'); w.onmessage = function (ev) { console.log(ev.data); } ``` 上面代码中,主线程先发一个消息`hi`,然后在监听到 Worker 线程的回应后,就将其打印出来。 Worker 线程也是通过监听`message`事件,来获取主线程发来的消息,并作出反应。 ```javascript // Worker 线程 onmessage = function (ev) { console.log(ev.data); postMessage('ho'); } ``` 线程之间的数据交换可以是各种格式,不仅仅是字符串,也可以是二进制数据。这种交换采用的是复制机制,即一个进程将需要分享的数据复制一份,通过`postMessage`方法交给另一个进程。如果数据量比较大,这种通信的效率显然比较低。很容易想到,这时可以留出一块内存区域,由主线程与 Worker 线程共享,两方都可以读写,那么就会大大提高效率,协作起来也会比较简单(不像`postMessage`那么麻烦)。 ES2017 引入[`SharedArrayBuffer`](https://github.com/tc39/ecmascript_sharedmem/blob/master/TUTORIAL.md),允许 Worker 线程与主线程共享同一块内存。`SharedArrayBuffer`的 API 与`ArrayBuffer`一模一样,唯一的区别是后者无法共享数据。 ```javascript // 主线程 // 新建 1KB 共享内存 const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024); // 主线程将共享内存的地址发送出去 w.postMessage(sharedBuffer); // 在共享内存上建立视图,供写入数据 const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); ``` 上面代码中,`postMessage`方法的参数是`SharedArrayBuffer`对象。 Worker 线程从事件的`data`属性上面取到数据。 ```javascript // Worker 线程 onmessage = function (ev) { // 主线程共享的数据,就是 1KB 的共享内存 const sharedBuffer = ev.data; // 在共享内存上建立视图,方便读写 const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // ... }; ``` 共享内存也可以在 Worker 线程创建,发给主线程。 `SharedArrayBuffer`与`ArrayBuffer`一样,本身是无法读写的,必须在上面建立视图,然后通过视图读写。 ```javascript // 分配 10 万个 32 位整数占据的内存空间 const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000); // 建立 32 位整数视图 const ia = new Int32Array(sab); // ia.length == 100000 // 新建一个质数生成器 const primes = new PrimeGenerator(); // 将 10 万个质数,写入这段内存空间 for ( let i=0 ; i < ia.length ; i++ ) ia[i] = primes.next(); // 向 Worker 线程发送这段共享内存 w.postMessage(ia); ``` Worker 线程收到数据后的处理如下。 ```javascript // Worker 线程 let ia; onmessage = function (ev) { ia = ev.data; console.log(ia.length); // 100000 console.log(ia[37]); // 输出 163,因为这是第38个质数 }; ``` ## Atomics 对象 多线程共享内存,最大的问题就是如何防止两个线程同时修改某个地址,或者说,当一个线程修改共享内存以后,必须有一个机制让其他线程同步。SharedArrayBuffer API 提供`Atomics`对象,保证所有共享内存的操作都是“原子性”的,并且可以在所有线程内同步。 什么叫“原子性操作”呢?现代编程语言中,一条普通的命令被编译器处理以后,会变成多条机器指令。如果是单线程运行,这是没有问题的;多线程环境并且共享内存时,就会出问题,因为这一组机器指令的运行期间,可能会插入其他线程的指令,从而导致运行结果出错。请看下面的例子。 ```javascript // 主线程 ia[42] = 314159; // 原先的值 191 ia[37] = 123456; // 原先的值 163 // Worker 线程 console.log(ia[37]); console.log(ia[42]); // 可能的结果 // 123456 // 191 ``` 上面代码中,主线程的原始顺序是先对 42 号位置赋值,再对 37 号位置赋值。但是,编译器和 CPU 为了优化,可能会改变这两个操作的执行顺序(因为它们之间互不依赖),先对 37 号位置赋值,再对 42 号位置赋值。而执行到一半的时候,Worker 线程可能就会来读取数据,导致打印出`123456`和`191`。 下面是另一个例子。 ```javascript // 主线程 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(); // 将质数放入 ia } // worker 线程 ia[112]++; // 错误 Atomics.add(ia, 112, 1); // 正确 ``` 上面代码中,Worker 线程直接改写共享内存`ia[112]++`是不正确的。因为这行语句会被编译成多条机器指令,这些指令之间无法保证不会插入其他进程的指令。请设想如果两个线程同时`ia[112]++`,很可能它们得到的结果都是不正确的。 `Atomics`对象就是为了解决这个问题而提出,它可以保证一个操作所对应的多条机器指令,一定是作为一个整体运行的,中间不会被打断。也就是说,它所涉及的操作都可以看作是原子性的单操作,这可以避免线程竞争,提高多线程共享内存时的操作安全。所以,`ia[112]++`要改写成`Atomics.add(ia, 112, 1)`。 `Atomics`对象提供多种方法。 **(1)Atomics.store(),Atomics.load()** `store()`方法用来向共享内存写入数据,`load()`方法用来从共享内存读出数据。比起直接的读写操作,它们的好处是保证了读写操作的原子性。 此外,它们还用来解决一个问题:多个线程使用共享内存的某个位置作为开关(flag),一旦该位置的值变了,就执行特定操作。这时,必须保证该位置的赋值操作,一定是在它前面的所有可能会改写内存的操作结束后执行;而该位置的取值操作,一定是在它后面所有可能会读取该位置的操作开始之前执行。`store()`方法和`load()`方法就能做到这一点,编译器不会为了优化,而打乱机器指令的执行顺序。 ```javascript Atomics.load(typedArray, index) Atomics.store(typedArray, index, value) ``` `store()`方法接受三个参数:`typedArray`对象(SharedArrayBuffer 的视图)、位置索引和值,返回`typedArray[index]`的值。`load()`方法只接受两个参数:`typedArray`对象(SharedArrayBuffer 的视图)和位置索引,也是返回`typedArray[index]`的值。 ```javascript // 主线程 main.js ia[42] = 314159; // 原先的值 191 Atomics.store(ia, 37, 123456); // 原先的值是 163 // Worker 线程 worker.js while (Atomics.load(ia, 37) == 163); console.log(ia[37]); // 123456 console.log(ia[42]); // 314159 ``` 上面代码中,主线程的`Atomics.store()`向 42 号位置的赋值,一定是早于 37 位置的赋值。只要 37 号位置等于 163,Worker 线程就不会终止循环,而对 37 号位置和 42 号位置的取值,一定是在`Atomics.load()`操作之后。 下面是另一个例子。 ```javascript // 主线程 const worker = new Worker('worker.js'); const length = 10; const size = Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * length; // 新建一段共享内存 const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(size); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); for (let i = 0; i < 10; i++) { // 向共享内存写入 10 个整数 Atomics.store(sharedArray, i, 0); } worker.postMessage(sharedBuffer); ``` 上面代码中,主线程用`Atomics.store()`方法写入数据。下面是 Worker 线程用`Atomics.load()`方法读取数据。 ```javascript // 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 线程如果要写入数据,可以使用上面的`Atomics.store()`方法,也可以使用`Atomics.exchange()`方法。它们的区别是,`Atomics.store()`返回写入的值,而`Atomics.exchange()`返回被替换的值。 ```javascript // Worker 线程 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); ``` 上面代码将共享内存的偶数位置的值改成`1`,奇数位置的值改成`2`。 **(3)Atomics.wait(),Atomics.notify()** 使用`while`循环等待主线程的通知,不是很高效,如果用在主线程,就会造成卡顿,`Atomics`对象提供了`wait()`和`notify()`两个方法用于等待通知。这两个方法相当于锁内存,即在一个线程进行操作时,让其他线程休眠(建立锁),等到操作结束,再唤醒那些休眠的线程(解除锁)。 `Atomics.notify()`方法以前叫做`Atomics.wake()`,后来进行了改名。 ```javascript // Worker 线程 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); ``` 上面代码中,`Atomics.wait()`方法等同于告诉 Worker 线程,只要满足给定条件(`sharedArray`的`0`号位置等于`50`),就在这一行 Worker 线程进入休眠。 主线程一旦更改了指定位置的值,就可以唤醒 Worker 线程。 ```javascript // 主线程 const newArrayValue = 100; Atomics.store(sharedArray, 0, newArrayValue); const arrayIndex = 0; const queuePos = 1; Atomics.notify(sharedArray, arrayIndex, queuePos); ``` 上面代码中,`sharedArray`的`0`号位置改为`100`,然后就执行`Atomics.notify()`方法,唤醒在`sharedArray`的`0`号位置休眠队列里的一个线程。 `Atomics.wait()`方法的使用格式如下。 ```javascript Atomics.wait(sharedArray, index, value, timeout) ``` 它的四个参数含义如下。 - sharedArray:共享内存的视图数组。 - index:视图数据的位置(从0开始)。 - value:该位置的预期值。一旦实际值等于预期值,就进入休眠。 - timeout:整数,表示过了这个时间以后,就自动唤醒,单位毫秒。该参数可选,默认值是`Infinity`,即无限期的休眠,只有通过`Atomics.notify()`方法才能唤醒。 `Atomics.wait()`的返回值是一个字符串,共有三种可能的值。如果`sharedArray[index]`不等于`value`,就返回字符串`not-equal`,否则就进入休眠。如果`Atomics.notify()`方法唤醒,就返回字符串`ok`;如果因为超时唤醒,就返回字符串`timed-out`。 `Atomics.notify()`方法的使用格式如下。 ```javascript Atomics.notify(sharedArray, index, count) ``` 它的三个参数含义如下。 - sharedArray:共享内存的视图数组。 - index:视图数据的位置(从0开始)。 - count:需要唤醒的 Worker 线程的数量,默认为`Infinity`。 `Atomics.notify()`方法一旦唤醒休眠的 Worker 线程,就会让它继续往下运行。 请看一个例子。 ```javascript // 主线程 console.log(ia[37]); // 163 Atomics.store(ia, 37, 123456); Atomics.notify(ia, 37, 1); // Worker 线程 Atomics.wait(ia, 37, 163); console.log(ia[37]); // 123456 ``` 上面代码中,视图数组`ia`的第 37 号位置,原来的值是`163`。Worker 线程使用`Atomics.wait()`方法,指定只要`ia[37]`等于`163`,就进入休眠状态。主线程使用`Atomics.store()`方法,将`123456`写入`ia[37]`,然后使用`Atomics.notify()`方法唤醒 Worker 线程。 另外,基于`wait`和`notify`这两个方法的锁内存实现,可以看 Lars T Hansen 的 [js-lock-and-condition](https://github.com/lars-t-hansen/js-lock-and-condition) 这个库。 注意,浏览器的主线程不宜设置休眠,这会导致用户失去响应。而且,主线程实际上会拒绝进入休眠。 **(4)运算方法** 共享内存上面的某些运算是不能被打断的,即不能在运算过程中,让其他线程改写内存上面的值。Atomics 对象提供了一些运算方法,防止数据被改写。 ```javascript Atomics.add(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.add`用于将`value`加到`sharedArray[index]`,返回`sharedArray[index]`旧的值。 ```javascript Atomics.sub(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.sub`用于将`value`从`sharedArray[index]`减去,返回`sharedArray[index]`旧的值。 ```javascript Atomics.and(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.and`用于将`value`与`sharedArray[index]`进行位运算`and`,放入`sharedArray[index]`,并返回旧的值。 ```javascript Atomics.or(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.or`用于将`value`与`sharedArray[index]`进行位运算`or`,放入`sharedArray[index]`,并返回旧的值。 ```javascript Atomics.xor(sharedArray, index, value) ``` `Atomic.xor`用于将`vaule`与`sharedArray[index]`进行位运算`xor`,放入`sharedArray[index]`,并返回旧的值。 **(5)其他方法** `Atomics`对象还有以下方法。 - `Atomics.compareExchange(sharedArray, index, oldval, newval)`:如果`sharedArray[index]`等于`oldval`,就写入`newval`,返回`oldval`。 - `Atomics.isLockFree(size)`:返回一个布尔值,表示`Atomics`对象是否可以处理某个`size`的内存锁定。如果返回`false`,应用程序就需要自己来实现锁定。 `Atomics.compareExchange`的一个用途是,从 SharedArrayBuffer 读取一个值,然后对该值进行某个操作,操作结束以后,检查一下 SharedArrayBuffer 里面原来那个值是否发生变化(即被其他线程改写过)。如果没有改写过,就将它写回原来的位置,否则读取新的值,再重头进行一次操作。