在Node、ES2015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。
// 上述操作就相当于
const buf1 = new Buffer(10);
buf.fill(0);
buf.toString(); // '\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000\u0000'
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(2^31 - 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:
return fromArrayBuffer(value,length);
if (typeof value === 'string')
return fromString(value,encodingOrOffset);
return fromObject(value);
};
value可以分成三类:
- ArrayBuffer的实例: ArrayBuffer是ES2015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ES2015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:
if (typeof length === 'undefined')
return binding.createFromArrayBuffer(obj,byteOffset);
length >>>= 0;
return binding.createFromArrayBuffer(obj,length);
}
// c++ 模块中的node_buffer:
void CreateFromArrayBuffer(const FunctionCallbackInfo
...
Local
...
Local
...
args.GetReturnValue().Set(ui);
}
3.1.2 string
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。
// pool的申请
function createPool() {
poolSize = Buffer.poolSize;
allocPool = createBuffer(poolSize,true);
poolOffset = 0;
}
// node加载的时候，就会创建第一个buffer pool
createPool();
// 校验poolOffset是8的整数倍
function alignPool() {
// Ensure aligned slices
if (poolOffset & 0x7) {
poolOffset |= 0x7;
poolOffset++;
}
}
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:
}
// 数组或类数组，逐个进行值的copy
function fromArrayLike(obj) {
const length = obj.length;
const b = allocate(length);
for (var i = 0; i < length; i++)
b[i] = obj[i] & 255;
return b;
}
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ES2015 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。
原文链接：https://www.f2er.com/nodejs/38866.html