什么是二进制数据?
计算机是以二进制模式存储和示意数据,二进制是 0
和 1
的汇合。例如:0100
,1010
。比方,要存储数字 13
计算机须要将数字转换为 1101
。
二进制中的
0
和1
被称为位(bit)。只管它们很像示意一个数值,然而其实它们示意是符号。0
代表 FALSE,1
代表 TRUE。位的运算其实是对虚实值的操作。为了存储数据,计算机蕴含了大量的电路,每一个电路能存储独自的一个 位。这种位存储器,被称为 ”主存储器 “。计算机通过 存储单元 组织治理 主存储器。一个典型的存储单元容量是 8 位,一个 8 位的串称为一个字节(byte)。
然而,数字不是咱们惟一须要存储解决的数据,咱们还须要解决字符串,图片,视频。
以字符串为例,那么计算机怎么存储字符串呢?例如,咱们要存储字符串 “S”,计算机首先会将 “S”, 转换为数字'S'.charCodeAt() === 83
, 那么计算机是如何晓得 83 示意 ”S” 的?
什么是字符集?
字符集是曾经定义好的规定,每一个字符都有一个确切的数字示意。字符集有不同规定的定义,例如:”Unicode”, “ASCII”。浏览器中应用 ”Unicode” 字符集。正是 ”Unicode” 字符集,定义了 83 示意 ”S”。
那么接下来,计算机会间接将 83 转为二进制吗?并不是,咱们还须要应用 ” 字符编码 ”。
什么是字符编码?
字符集定义了应用特定的数字示意字符(汉字也是同样的)。而字符编码定义了,如何将数字转换为特定长度的二进制数据。常见的 utf- 8 字符编码,规定了字符最多由 4 个字节进行编码(一个字节由 8 个,0 或者 1 示意)。
h e l l o <==Unicode==> 104 101 108 108 111 <==utf-8==> 1101000 1100101 1101100 1101100 1101111
对于视频,音频,图片,计算机也有特定规定,将其转换为二进制数据。计算机将所有数据类型,存储为二进制文件。这些二进制文件就是二进制数据。
什么是缓冲区?
数据流指数据从一个地位到另一个地位的挪动(通常大文件会被拆解为块的模式)。
如果数据流动的速度,大于过程解决数据的速度,多余的数据会在某个中央期待。如果数据流动的速度,小于过程解决数据的速度,那么数据会在某个中央累计到肯定的数量,而后在由过程进行解决。(咱们无法控制流的速度)
那个期待数据,累计数据,而后产生进来的中央。就是 缓冲区。缓冲区通常位于电脑的 RAM(内存)中。
咱们能够把缓冲区设想成一个公交车站,较早达到车站的乘客的会期待公交车,当公交车以及装满来到后,剩下的乘客会期待下一班的公交车到来。那个期待公交车的中央,就是缓冲区。
举一个常见的缓冲区的例子,咱们在观看在线视频的时候,如果你的网速很快,缓冲区总是会被立刻填充,而后发送进来,而后立刻缓冲下一段视频。观看的过程中,不会有卡顿。如果网速很慢,则会看到 loading,示意缓冲区正在被填充,当填充实现后数据被发送进来,能力看到这段视频。
Buffer 类
什么是 TypedArray?
在 TypedArray
呈现前,js 没有读取或操作二进制数据流的机制。TypedArray
并不是一个特定的全局对象,而是许多全局对象的统称。
// TypedArray 指的是上面其中之一
Int8Array // 8 位二进制补码有符号整数的数组
Uint8Array // 8 位无符号整型数组(0 > & < 256(8 位无符号整形)),等等
Uint8ClampedArray
Int16Array
Uint16Array
Int32Array
Uint32Array
Float32Array
Float64Array
什么是 Buffer 类?
Buffer 类,是以 Nodejs 形式实现的 Uint8ArrayAPI(Uint8Array 属于 TypedArray 的一种)。用于与八字节的二进制数据进行交互。
常见的 API
Buffer.from
Buffer.from, 承受多种形式的参数,上面介绍几种常见的
应用 8 字节的数组,作为参数
const buf = Buffer.from([0b1101000, 0b1100101, 0b1101100, 0b1101100, 0b1101111])
// hello
console.log(buf.toString())
应用字符串作为参数
const buf = Buffer.from('Hello World!');
// HelloWorld
console.log(buf.toString())
Buffer.alloc
创立一个指定大小,并且曾经初始化的 Buffer(默认被 0 填充)
// 创立一个大小为 10 个字节的 Buffer,并应用 0 进行填充
const buf = Buffer.alloc(10)
// <Buffer 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00>
console.log(buf)
// 创立一个大小为 12 个字节的 Buffer,并应用汉字进行填充
const buf = Buffer.alloc(12, '大')
// 打印出 大大大大,因为汉字是 3 个字节的关系,所以填充了 4 个汉字
console.log(buf.toString())
Buffer.allocUnsafe
创立一个指定大小,然而没有初始化填充的 Buffer
// 创立一个大小为 10 个字节的 Buffer,没有被初始化
const buf = Buffer.allocUnsafe(10)
为什么说 Buffer.allocUnsafe 是不平安的?Buffer 是内存的形象,尝试运行
console.log(Buffer.allocUnsafe(10000).toString()), 咱们应该能够从控制台看到打印出了内存里的一些货色
buffer.write
向 Buffer 中写入字符串,如果 Buffer 空间不够,多余的字符串不会被写入
const buf = Buffer.alloc(5)
// 您好的长度是 6 个字节
buf.write('您好')
// 您
console.log(buf.toString())
buffer.toJSON
将 buffer 中的数据转换为 Unicode 码
const buf = Buffer.from('hello')
// {
// type: 'Buffer',
// data: [104, 101, 108, 108, 111] h e l l o 的 Unicode 码
// }
console.log(buf.toJSON())
buffer.toString
将 buffer 解码成字符串
const buf = Buffer.from([0b1101000, 0b1100101, 0b1101100, 0b1101100, 0b1101111])
// hello
console.log(buf.toString())
String Decoder
思考上面这种状况,因为两个汉字的字节长度是 6,所以字节长度等于 5 的 buffer 是放不下的,所以打印进去的字符串是不残缺的。
const buf = Buffer.alloc(5, '您好')
// 您�
console.log(buf.toString())
那么有什么方法能够将 Buffer 中不残缺的字符串输入进去呢?咱们能够应用String Decoder
const {StringDecoder} = require('string_decoder')
const decoder = new StringDecoder('utf8')
// Buffer.from('好') <Buffer e5 a5 bd>
const str1 = decoder.write(Buffer.alloc(5, '您好'))
// 您
console.log(str1)
const str2 = decoder.end(Buffer.from([0xbd]))
// 好
console.log(str2)
StringDecoder 的实例承受写入 Buffer 的实例,应用外部缓冲区确保解码的字符串不蕴含不实现的字节,并且将不残缺的字节,保存起来,直到下一次应用 write 或者 end。
decoder.write
返回已解码的字符串,字符串不蕴含不残缺的字节,不残缺的字节。不残缺的字节会保留到 decoder 外部的缓冲区中。
const {StringDecoder} = require('string_decoder')
const decoder = new StringDecoder('utf8')
// 哈喽 <Buffer e5 93 88 e5 96 bd>
const str = decoder.write(Buffer.from([0xe5, 0x93, 0x88, 0xe5, 0x96]))
// 哈,0xe5, 0x96 因为不残缺不会被返回,而是保留在 decoder 的外部缓冲区
console.log(str)
decoder.end
会将 decoder 外部缓存区残余的 buffer 一次性返回。
const {StringDecoder} = require('string_decoder')
const decoder = new StringDecoder('utf8')
// 哈喽 <Buffer e5 93 88 e5 96 bd>
decoder.write(Buffer.from([0xe5, 0x93, 0x88, 0xe5, 0x96]))
const str = decoder.end()
// �,decoder 外部缓冲区残余的字节是不残缺的
console.log(str)
什么是流?
流是数据的汇合,流不像字符串或者数组一样是立刻可用的,流不会全副存在内存中。解决大量数据时,流十分有用。
Nodejs 中,许多模块都实现了流模式。下图是实现了流模式的内置模块(图片来自于 Samer Buna 的在线课程)
流的类型
- Writable,可写入流,是写入指标的形象,常见的例子:
fs.createWriteStream
- Readable,可读取流,是数据源的形象。常见的例子:
fs.createReadStream
- Duplex,可读可写流(双工流)
- Transform,也是一种可读可写流,然而能够读取写入的时候批改转换数据。所以也能够叫做转换流。例如:
zlib.createGzip
压缩数据流
流的管道
const fs = require('fs')
// 可读流作为数据源
const readable = fs.createReadStream('./ 数据源.json')
// 可写流作为指标
const writable = fs.createWriteStream('./ 指标.json')
// 将数据源通过管道连贯到指标
readable.pipe(writable)
在这几行简略的代码中咱们将可读流的输入(readable
作为数据源),连贯管道至可写流的输出(writable
作为指标)。源必须是可读流,指标必须是可写流。
const fs = require('fs')
const zlib = require('zlib')
const readable = fs.createReadStream('./ 数据源.json')
// gzip 是一个双工流
const gzip = zlib.createGzip()
const writable = fs.createWriteStream('./ 指标.gz')
// 数据源连贯到转换流(gzip),转换流解决数据后,连贯到指标上
readable
.pipe(gzip)
.pipe(writable)
咱们也能够将可读流的管道连贯到双工流(转换流)上。总结一下 pipe
办法的用法。pipe
能够返回一个指标流,指标流能够连贯到双工流,可写流上。
可读流
.pipe(双工流)
.pipe(双工流)
.pipe(可写流)
应用 pipe
是生产流最简略的办法,它会主动治理一些操作,比方错误处理,比方如果可读流没有数据可供生产时的状况。当然咱们也能够通过事件生产流,然而最好防止两者混合应用。
流的事件
如果须要对流实现,更自定义的管制,能够应用事件生产流。上面的这段代码和之前的 pipe
的代码是等效的。
const fs = require('fs')
const readable = fs.createReadStream('./ 数据源.json')
const writable = fs.createWriteStream('./ 指标.json')
// 当可读流绑定 data 事件时,会将流切换到流动模式
readable.on('data', (chunk) => {writable.write(chunk);
})
readable.on('end', () => {writable.end()
})
下图是可读流,可写流的事件与办法的列表(图片来自于 Samer Buna 的在线课程)
对于下面的例子中存在的一些问题
下面对于流事件的示例中,是存在隐患的。具体的问题起因,能够查看我的这篇文章简略了解 backpressure(背压)机制
// 其实这段代码是其实有问题的
readable.on('data', (chunk) => {writable.write(chunk);
})
流的可读流的暂停和流动模式
默认状况下,可读流是处于暂停状态的,然而它们能够被切换到流动模式,并在须要时切换回暂停模式。有时,模式会被主动产生切换。
在暂停模式时,咱们能够应用 read
办法从流中读取数据。
const fs = require('fs')
const readable = fs.createReadStream('./ 数据源.json')
const writable = fs.createWriteStream('./ 指标.json')
// 当可读流是能够被读取时或者会发生变化时或者达到流的止境时。readable 能够被触发
readable.on('readable', () => {
let chunk
while (chunk = readable.read(1)) {writable.write(chunk)
}
})
在流动模式时,数据会继续流动,咱们必须增加事件并生产它。如果不能解决流动的数据,数据是会失落的。咱们能够增加 data
事件处理数据。增加 data
事件,会 主动 将可读流的模式,由暂停模式切换到流动模式。
如果须要实现两种模式的手动切换能够应用 resume()
(从暂停模式中复原)和pause()
(进入暂停模式)办法。(如果监听了可读流的readable
的事件,resume()
办法有效)
上面的例子中,每一次通过可写流写入一点数据,都会暂停一秒可读流 1s,1s 后持续写入。
const fs = require('fs')
const readable = fs.createReadStream('./ 数据源.json')
const writable = fs.createWriteStream('./ 指标.json')
// 主动切换到流动模式
readable.on('data', (chunk) => {console.log('写入')
writable.write(chunk)
readable.pause()
console.log('暂停')
// 暂停 1s 后,从新切换到流动模式
setTimeout(() => {readable.resume()
}, 1000)
})
下图是两种模式之前的切换 (图片来自于 Samer Buna 的在线课程)。增加data
事件时(独自增加 data
事件,不存在 readable
事件时),模式会主动切换。
流的实现
创立自定义可写流
创立一个自定义的可写流,咱们须要继承 stream.Writable
类。并在子类中实现 _write
办法。
const {Writable} = require('stream')
class CustomWritable extends Writable {
/**
* @param chunk 须要写入的数据
* @param encoding 编码格局
* @param next 解决实现的回调
*/
_write(chunk, encoding, next) {
try {
// 仅仅是做了一个打印
console.log(` 仅仅做了一个打印:${chunk.toString()}`)
next()} catch (error) {next(error)
}
}
}
这个流自身没有多大的意义。这个自定义可写流,只会对可读流输出的数据,进行一个打印。咱们能够链接到 process.stdin
可读流上,对终端的输出,进行一个打印。
const customWritable = new CustomWritable()
process.stdin.pipe(customWritable)
创立自定义可读流
创立一个可读流,咱们须要继承 stream.Readable
类。并在子类中实现 _read
办法。
const {Readable} = require('stream');
class CustomReadable extends Readable {_read () {}}
这个流自身也没有很大的意义。咱们能够应用 push
办法,将数据增加到流的外部队列中,以供流进行生产。咱们能够联合前一个自定义的可写流,将 push
的数据打印进去。
const customReadable = new CustomReadable()
const customWritable = new CustomWritable()
customReadable.push('我喜爱西尔莎罗南')
// 告诉流不会有任何数据了
customReadable.push(null)
// 可读流将数据传递给可写流
// 可写流将数据打印进去
customReadable.pipe(customWritable)
创立自定义转换流
创立一个可读流,咱们须要继承 stream.Transform
类。并在子类中实现 _transform
办法。
const {Transform} = require('stream')
class CustomTransform extends Transform {_transform (chunk, encoding, next) {
// 咱们把可读流的内容,全副转换为大写
chunk = chunk.toString().toUpperCase()
next(null, chunk)
}
}
这个自定义流,会将可读流传过去的字符串,全副转换为大写。
const customReadable = new CustomReadable()
const customWritable = new CustomWritable()
const customTransform = new CustomTransform()
customReadable.push('abcdefg')
customReadable.push(null)
customReadable
.pipe(customTransform)
.pipe(customWritable)
对象模式
Node 中的流,默认都是应用 Buffer 或者 字符串进行传输,咱们能够开启 objectMode
开关。使流能够传输 js 的对象。
const {Readable, Writable} = require('stream')
class CustomReadable extends Readable {_read () {}}
class CustomWritable extends Writable {_write(chunk, _, next) {
try {
// 这里能够打印 js 对象
// chunk 能够使 js 对象
console.log(chunk)
next()} catch (error) {next(error)
}
}
}
const customReadable = new CustomReadable({objectMode: true // 开启对象模式})
const customWritable = new CustomWritable({objectMode: true // 开启对象模式})
// 咱们能够传输对象了
customReadable.push(['a', 'b', 'c', 'd'])
customReadable.push(null)
customReadable.pipe(customWritable)
参考
- 计算机科学概论(第 11 版)
- ✨Node.js Streams: Everything you need to know
- ✨Do you want a better understanding of Buffer in Node.js? Check this out
- Node.js v13.8.0 Documentation