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深入理解Node中的buffer模块(node的理解)

编辑:rootadmin

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在Node、ES出现之前,前端工程师只需要进行一些简单的字符串或DOM操作就可以满足业务需要,所以对二进制数据是比较陌生。node出现以后,前端面对的技术场景发生了变化,可以深入到网络传输、文件操作、图片处理等领域,而这些操作都与二进制数据紧密相关。

Node里面的buffer,是一个二进制数据容器,数据结构类似与数组,数组里面的方法在buffer都存在(slice操作的结果不一样)。下面就从源码(v6.0版本)层面分析,揭开buffer操作的面纱。

1. buffer的基本使用

在Node 6.0以前,直接使用new Buffer,但是这种方式存在两个问题:

参数复杂: 内存分配,还是内存分配+内容写入,需要根据参数来确定 安全隐患: 分配到的内存可能还存储着旧数据,这样就存在安全隐患

为了解决上述问题,Buffer提供了Buffer.from、Buffer.alloc、Buffer.allocUnsafe、Buffer.allocUnsafeSlow四个方法来申请内存。

2. buffer的结构

buffer是一个典型的javascript与c++结合的模块,其性能部分用c++实现,非性能部分用javascript来实现。

下面看看buffer模块的内部结构:

buffer模块提供了4个接口:

Buffer: 二进制数据容器类,node启动时默认加载 SlowBuffer: 同样也是二进制数据容器类,不过直接进行内存申请 INSPECT_MAX_BYTES: 限制bufObject.inspect()输出的长度 kMaxLength: 一次性内存分配的上限,大小为(2^ - 1)

其中,由于Buffer经常使用,所以node在启动的时候,就已经加载了Buffer,而其他三个,仍然需要使用require('buffer').***。

关于buffer的内存申请、填充、修改等涉及性能问题的操作,均通过c++里面的node_buffer.cc来实现:

3. 内存分配的策略

Node中Buffer内存分配太过常见,从系统性能考虑出发,Buffer采用了如下的管理策略。

3.1 Buffer.from

Buffer.from(value, ...)用于申请内存,并将内容写入刚刚申请的内存中,value值是多样的,Buffer是如何处理的呢?让我们一起看看源码:

value可以分成三类:

ArrayBuffer的实例: ArrayBuffer是ES里面引入的,用于在浏览器端直接操作二进制数据,这样Node就与ES关联起来,同时,新创建的Buffer与ArrayBuffer内存是共享的 string: 该方法实现了将字符串转变为Buffer Buffer/TypeArray/Array: 会进行值的copy

3.1.1 ArrayBuffer的实例

Node v6与时俱进,将浏览器、node中对二进制数据的操作关联起来,同时二者会进行内存的共享。

在上述操作中,对ArrayBuffer的操作,引起Buffer值的修改,说明二者在内存上是同享的,再从源码层面了解下这个过程:

3.1.2 string

深入理解Node中的buffer模块(node的理解)

可以实现字符串与Buffer之间的转换,同时考虑到操作的性能,采用了一些优化策略避免频繁进行内存分配:

a. 直接内存分配

当字符串所需要的字节大于4KB时,如何还从8KB的buffer pool中进行申请,那么就可能存在内存浪费,例如:

poolSize - poolOffset < 4KB: 这样就要重新申请一个8KB的pool,刚才那个pool剩余空间就会被浪费掉

看看c++是如何进行内存分配的:

b. 借助于pool管理

用一个pool来管理频繁的行为,在计算机中是非常常见的行为,例如http模块中,关于tcp连接的建立,就设置了一个tcp pool。

3.1.3 Buffer/TypeArray/Array

可用从一个现有的Buffer、TypeArray或Array中创建Buffer,内存不会共享,仅仅进行值的copy。

上述示例就证明了buf1、buf2没有进行内存的共享,仅仅是值的copy,再从源码层面进行分析:

3.2 Buffer.alloc

Buffer.alloc用于内存的分配,同时会对内存的旧数据进行覆盖,避免安全隐患的产生。

上述代码有几个需要注意的点:

3.2.1 先申请后填充

alloc先通过createBuffer申请一块内存,然后再进行填充,保证申请的内存全部用fill进行填充。

3.2.2 flags标示

flags用于标识默认的填充值是否为0,该值在javascript中设置,在c++中进行读取。

3.2.3 Uint8Array

Uint8Array是ES TypeArray中的一种,可以在浏览器中创建二进制数据,这样就把浏览器、Node连接起来。

3.3 Buffer.allocUnSafe

Buffer.allocUnSafe与Buffer.alloc的区别在于,前者是从采用allocate的策略,尝试从buffer pool中申请内存,而buffer pool是不会进行默认值填充的,所以这种行为是不安全的。

3.4 Buffer.allocUnsafeSlow

Buffer.allocUnsafeSlow有两个大特点: 直接通过c++进行内存分配;不会进行旧值填充。

4. 结语

字符串与Buffer之间存在较大的差距,同时二者又存在编码关系。通过Node,前端工程师已经深入到网络操作、文件操作等领域,对二进制数据的操作就显得非常重要,因此理解Buffer的诸多细节十分必要。

标签: node的理解

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