NodeJS Buffer 理解

最近跟著影片學習NodeJS，第一部分先學習對Buffer的處理跟理解，以下是對於NodeJS Buffer的理解筆記

Buffer是什麼?

根據線上教學文檔解釋，JavaScript 語言自身只有字符串數據類型，沒有二進制數據類型。

但在處理像TCP流或文件流時，必須使用到二進制數據。因此在 Node.js中，定義了一個 Buffer 類，該類用來創建一個專門存放二進制數據的緩存區。

而 Buffer 類提供一些使用方法，它允許你在Node.js 中直接操作二進制數據，而不需要像在瀏覽器中使用JavaScript時那樣使用字串。 Buffer類提供了一種在內存中存儲和操作二進制數據的方式，這對於處理文件、網絡數據、加密和解密等任務非常有用。

Buffer的應用

以下是Buffer的一些常見用途和特性：

1. 二進制數據儲存：你可以使用Buffer來存儲二進制數據，如文件內容、網絡數據、圖像、音頻等。

2. 數據轉換：Buffer可以輕鬆地將不同編碼的數據相互轉換，例如將字串轉換為二進制數據或將二進制數據轉換為字串。

3. 文件操作：Node.js的文件系統模塊（fs）通常使用Buffer來讀取和寫入文件內容，這是文件I/O操作的常見方式。

4. 網絡通信：Buffer在處理網絡數據時非常重要，它可以用於構建和解析HTTP請求、WebSocket數據等。

5. 加密和解密：許多加密算法（如AES、RSA等）操作的輸入和輸出數據通常是Buffer類型。

6. 性能優勢：與字串相比，Buffer在處理大量數據時通常具有更高的性能，因為它不需要解析字符編碼。

Buffer的內建方法函式

在NodeJS中提供了三種操作Buffer的函數，分別是Buffer.alloc()、Buffer.allocUnsafe、Buffer.from()。

Buffer.alloc(size[, fill[, encoding]])： 返回一個指定大小的 Buffer 實例，如果沒有設置 fill，則默認填滿 0

以下是 Buffer.alloc 的基本用法：

let buf = Buffer.alloc(10);
console.log(buf);

Buffer.allocUnsafe(size)： 返回一個指定大小的 Buffer 實例，但是它不會被初始化，所以它可能包含敏感的數據。

而這裡創建 Buffer.allocUnsafe 速度執行會比 Buffer.alloc 快，主要是因為使用allocUnsafe 容易包含舊數據或是隨機的內容，故在使用時要確保洩漏敏感數據而導致不可預測的問題。

以下是 Buffer.allocUnsafe(size) 的基本用法：

const size = 10; 
const buffer = Buffer.allocUnsafe(size);  
console.log(buffer); 

Buffer.from()

而根據教學文檔來說，會較推薦使用Buffer.from()來創建。它允許你從不同的數據源創建 Buffer 對象。 Buffer.from() 方法通常用於將其他數據類型（如字串、陣列或 ArrayBuffer）轉換為 Buffer。這個方法提供了一種方便的方式來處理不同數據類型之間的轉換。

let buf_3 = Buffer.from('hello'); 
console.log(buf_3);  

//run node.js 結果 ➜  nodeJs node hello.js 
<Buffer 68 65 6c 6c 6f>

這每一個字母都會轉換為 unicode 碼表中對應的數字，然後再轉成二進制存到buffer中，亦可透過傳遞一個陣列方式轉成二進制存到buffer

let buf_4 = Buffer.from([104, 101, 108, 108, 111]); 
console.log(buf_4);​

Buffer的操作跟字串轉換

當我們使用陣列方式傳遞，並透過toString()函式，就可以將陣列中的數字轉為原來的hello格式，而這裡的toString 默認是按照 utf-8 編碼方式進行轉換的

let buf_4 = Buffer.from([104, 101, 108, 108, 111]); 
console.log(buf_4.toString()); //默認使用 utf-8 的編碼方式

Buffer的讀寫

這邊我們可以透過陣列 []取值，來對 buffer做操作。

let buf = Buffer.from('hello');
//假設我們想獲取buffer 第一個h字母buffer保存的數據

console.log(buf[0]);

//會出現104，而這裡是一個十進制的表達方式
//然後我們對於這個104做二進制的轉換

let buf = Buffer.from('hello');
console.log(buf[0].toString(2));  //這個toString的用法與上面不同，最後應該是01101000

//會出現 1101000

//對裡頭單一字母進行修改
buf[0] = 95;
console.log(buf);

➜  nodeJs node hello.js
<Buffer 5f 65 6c 6c 6f>

//結果改完第一個字母會變成5f，之前是68

Buffer補充說明

溢出：主要原因是程序未能正確地驗證輸入數據的大小，導致數據超出了緩衝區的邊界而覆蓋了相鄰的內存區域。每個元素都是一個字節，而其值的範圍應該在0到255之間。

以下是一個範例，這邊我們將值設定為361，而 buffer 二進制位能儲存的最大十進制數字為 255 而這種情況在執行時，系統會捨棄高於八進制的數字

let buf = Buffer.from('hello'); 
buf[0] = 361;  

console.log(buf);

現在他變成69 ➜  nodeJs node hello.js 
 <Buffer 69 65 6c 6c 6f>
 

十進制 361 變成二進制為 0001 0110 1001，而當寫入時只寫入 0110 1001，透過console.log(buf); 現在他變成69

來看一下小工具執行的圖，這邊輸入十進位361，得出二進位0001 0110 1001

接著我們捨棄高於八進制的數字，只輸入 0110 1001，利用工具二進位得輸入110 1001，這可以看到八進位結果為69，與程式碼console.log(buf)結果一致。

以上是對學習NodeJs Buffer的理解跟用法，相關參考文件跟資料整理下方

https://www.runoob.com/nodejs/nodejs-buffer.html

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