# ArrayBuffer `ArrayBuffer`對象、`TypedArray`視圖和`DataView`視圖是 JavaScript 操作二進制數據的一個接口。這些對象早就存在，屬于獨立的規格（2011 年 2 月發布），ES6 將它們納入了 ECMAScript 規格，并且增加了新的方法。它們都是以數組的語法處理二進制數據，所以統稱為二進制數組。 這個接口的原始設計目的，與 WebGL 項目有關。所謂 WebGL，就是指瀏覽器與顯卡之間的通信接口，為了滿足 JavaScript 與顯卡之間大量的、實時的數據交換，它們之間的數據通信必須是二進制的，而不能是傳統的文本格式。文本格式傳遞一個 32 位整數，兩端的 JavaScript 腳本與顯卡都要進行格式轉化，將非常耗時。這時要是存在一種機制，可以像 C 語言那樣，直接操作字節，將 4 個字節的 32 位整數，以二進制形式原封不動地送入顯卡，腳本的性能就會大幅提升。 二進制數組就是在這種背景下誕生的。它很像 C 語言的數組，允許開發者以數組下標的形式，直接操作內存，大大增強了 JavaScript 處理二進制數據的能力，使得開發者有可能通過 JavaScript 與操作系統的原生接口進行二進制通信。 二進制數組由三類對象組成。 **（1）`ArrayBuffer`對象**：代表內存之中的一段二進制數據，可以通過“視圖”進行操作。“視圖”部署了數組接口，這意味著，可以用數組的方法操作內存。 **（2）`TypedArray`視圖**：共包括 9 種類型的視圖，比如`Uint8Array`（無符號 8 位整數）數組視圖, `Int16Array`（16 位整數）數組視圖, `Float32Array`（32 位浮點數）數組視圖等等。 **（3）`DataView`視圖**：可以自定義復合格式的視圖，比如第一個字節是 Uint8（無符號 8 位整數）、第二、三個字節是 Int16（16 位整數）、第四個字節開始是 Float32（32 位浮點數）等等，此外還可以自定義字節序。 簡單說，`ArrayBuffer`對象代表原始的二進制數據，`TypedArray`視圖用來讀寫簡單類型的二進制數據，`DataView`視圖用來讀寫復雜類型的二進制數據。 `TypedArray`視圖支持的數據類型一共有 9 種（`DataView`視圖支持除`Uint8C`以外的其他 8 種）。 | 數據類型 | 字節長度 | 含義 | 對應的 C 語言類型 | | -------- | -------- | -------------------------------- | ----------------- | | Int8 | 1 | 8 位帶符號整數 | signed char | | Uint8 | 1 | 8 位不帶符號整數 | unsigned char | | Uint8C | 1 | 8 位不帶符號整數（自動過濾溢出） | unsigned char | | Int16 | 2 | 16 位帶符號整數 | short | | Uint16 | 2 | 16 位不帶符號整數 | unsigned short | | Int32 | 4 | 32 位帶符號整數 | int | | Uint32 | 4 | 32 位不帶符號的整數 | unsigned int | | Float32 | 4 | 32 位浮點數 | float | | Float64 | 8 | 64 位浮點數 | double | 注意，二進制數組并不是真正的數組，而是類似數組的對象。 很多瀏覽器操作的 API，用到了二進制數組操作二進制數據，下面是其中的幾個。 - [Canvas](#canvas) - [Fetch API](#fetch-api) - [File API](#file-api) - [WebSockets](#websocket) - [XMLHttpRequest](#ajax) ## ArrayBuffer 對象 ### 概述 `ArrayBuffer`對象代表儲存二進制數據的一段內存，它不能直接讀寫，只能通過視圖（`TypedArray`視圖和`DataView`視圖)來讀寫，視圖的作用是以指定格式解讀二進制數據。 `ArrayBuffer`也是一個構造函數，可以分配一段可以存放數據的連續內存區域。 ```javascript const buf = new ArrayBuffer(32); ``` 上面代碼生成了一段 32 字節的內存區域，每個字節的值默認都是 0。可以看到，`ArrayBuffer`構造函數的參數是所需要的內存大小（單位字節）。 為了讀寫這段內容，需要為它指定視圖。`DataView`視圖的創建，需要提供`ArrayBuffer`對象實例作為參數。 ```javascript const buf = new ArrayBuffer(32); const dataView = new DataView(buf); dataView.getUint8(0) // 0 ``` 上面代碼對一段 32 字節的內存，建立`DataView`視圖，然后以不帶符號的 8 位整數格式，從頭讀取 8 位二進制數據，結果得到 0，因為原始內存的`ArrayBuffer`對象，默認所有位都是 0。 另一種`TypedArray`視圖，與`DataView`視圖的一個區別是，它不是一個構造函數，而是一組構造函數，代表不同的數據格式。 ```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 ``` 上面代碼對同一段內存，分別建立兩種視圖：32 位帶符號整數（`Int32Array`構造函數）和 8 位不帶符號整數（`Uint8Array`構造函數）。由于兩個視圖對應的是同一段內存，一個視圖修改底層內存，會影響到另一個視圖。 `TypedArray`視圖的構造函數，除了接受`ArrayBuffer`實例作為參數，還可以接受普通數組作為參數，直接分配內存生成底層的`ArrayBuffer`實例，并同時完成對這段內存的賦值。 ```javascript const typedArray = new Uint8Array([0,1,2]); typedArray.length // 3 typedArray[0] = 5; typedArray // [5, 1, 2] ``` 上面代碼使用`TypedArray`視圖的`Uint8Array`構造函數，新建一個不帶符號的 8 位整數視圖。可以看到，`Uint8Array`直接使用普通數組作為參數，對底層內存的賦值同時完成。 ### ArrayBuffer.prototype.byteLength `ArrayBuffer`實例的`byteLength`屬性，返回所分配的內存區域的字節長度。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(32); buffer.byteLength // 32 ``` 如果要分配的內存區域很大，有可能分配失敗（因為沒有那么多的連續空余內存），所以有必要檢查是否分配成功。 ```javascript if (buffer.byteLength === n) { // 成功 } else { // 失敗 } ``` ### ArrayBuffer.prototype.slice() `ArrayBuffer`實例有一個`slice`方法，允許將內存區域的一部分，拷貝生成一個新的`ArrayBuffer`對象。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); const newBuffer = buffer.slice(0, 3); ``` 上面代碼拷貝`buffer`對象的前 3 個字節（從 0 開始，到第 3 個字節前面結束），生成一個新的`ArrayBuffer`對象。`slice`方法其實包含兩步，第一步是先分配一段新內存，第二步是將原來那個`ArrayBuffer`對象拷貝過去。 `slice`方法接受兩個參數，第一個參數表示拷貝開始的字節序號（含該字節），第二個參數表示拷貝截止的字節序號（不含該字節）。如果省略第二個參數，則默認到原`ArrayBuffer`對象的結尾。 除了`slice`方法，`ArrayBuffer`對象不提供任何直接讀寫內存的方法，只允許在其上方建立視圖，然后通過視圖讀寫。 ### ArrayBuffer.isView() `ArrayBuffer`有一個靜態方法`isView`，返回一個布爾值，表示參數是否為`ArrayBuffer`的視圖實例。這個方法大致相當于判斷參數，是否為`TypedArray`實例或`DataView`實例。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); ArrayBuffer.isView(buffer) // false const v = new Int32Array(buffer); ArrayBuffer.isView(v) // true ``` ## TypedArray 視圖 ### 概述 `ArrayBuffer`對象作為內存區域，可以存放多種類型的數據。同一段內存，不同數據有不同的解讀方式，這就叫做“視圖”（view）。`ArrayBuffer`有兩種視圖，一種是`TypedArray`視圖，另一種是`DataView`視圖。前者的數組成員都是同一個數據類型，后者的數組成員可以是不同的數據類型。 目前，`TypedArray`視圖一共包括 9 種類型，每一種視圖都是一種構造函數。 - **`Int8Array`**：8 位有符號整數，長度 1 個字節。 - **`Uint8Array`**：8 位無符號整數，長度 1 個字節。 - **`Uint8ClampedArray`**：8 位無符號整數，長度 1 個字節，溢出處理不同。 - **`Int16Array`**：16 位有符號整數，長度 2 個字節。 - **`Uint16Array`**：16 位無符號整數，長度 2 個字節。 - **`Int32Array`**：32 位有符號整數，長度 4 個字節。 - **`Uint32Array`**：32 位無符號整數，長度 4 個字節。 - **`Float32Array`**：32 位浮點數，長度 4 個字節。 - **`Float64Array`**：64 位浮點數，長度 8 個字節。 這 9 個構造函數生成的數組，統稱為`TypedArray`視圖。它們很像普通數組，都有`length`屬性，都能用方括號運算符（`[]`）獲取單個元素，所有數組的方法，在它們上面都能使用。普通數組與 TypedArray 數組的差異主要在以下方面。 - TypedArray 數組的所有成員，都是同一種類型。 - TypedArray 數組的成員是連續的，不會有空位。 - TypedArray 數組成員的默認值為 0。比如，`new Array(10)`返回一個普通數組，里面沒有任何成員，只是 10 個空位；`new Uint8Array(10)`返回一個 TypedArray 數組，里面 10 個成員都是 0。 - TypedArray 數組只是一層視圖，本身不儲存數據，它的數據都儲存在底層的`ArrayBuffer`對象之中，要獲取底層對象必須使用`buffer`屬性。 ### 構造函數 TypedArray 數組提供 9 種構造函數，用來生成相應類型的數組實例。 構造函數有多種用法。 **（1）TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)** 同一個`ArrayBuffer`對象之上，可以根據不同的數據類型，建立多個視圖。 ```javascript // 創建一個8字節的ArrayBuffer const b = new ArrayBuffer(8); // 創建一個指向b的Int32視圖，開始于字節0，直到緩沖區的末尾 const v1 = new Int32Array(b); // 創建一個指向b的Uint8視圖，開始于字節2，直到緩沖區的末尾 const v2 = new Uint8Array(b, 2); // 創建一個指向b的Int16視圖，開始于字節2，長度為2 const v3 = new Int16Array(b, 2, 2); ``` 上面代碼在一段長度為 8 個字節的內存（`b`）之上，生成了三個視圖：`v1`、`v2`和`v3`。 視圖的構造函數可以接受三個參數： - 第一個參數（必需）：視圖對應的底層`ArrayBuffer`對象。 - 第二個參數（可選）：視圖開始的字節序號，默認從 0 開始。 - 第三個參數（可選）：視圖包含的數據個數，默認直到本段內存區域結束。 因此，`v1`、`v2`和`v3`是重疊的：`v1[0]`是一個 32 位整數，指向字節 0 ～字節 3；`v2[0]`是一個 8 位無符號整數，指向字節 2；`v3[0]`是一個 16 位整數，指向字節 2 ～字節 3。只要任何一個視圖對內存有所修改，就會在另外兩個視圖上反應出來。 注意，`byteOffset`必須與所要建立的數據類型一致，否則會報錯。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(8); const i16 = new Int16Array(buffer, 1); // Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2 ``` 上面代碼中，新生成一個 8 個字節的`ArrayBuffer`對象，然后在這個對象的第一個字節，建立帶符號的 16 位整數視圖，結果報錯。因為，帶符號的 16 位整數需要兩個字節，所以`byteOffset`參數必須能夠被 2 整除。 如果想從任意字節開始解讀`ArrayBuffer`對象，必須使用`DataView`視圖，因為`TypedArray`視圖只提供 9 種固定的解讀格式。 **（2）TypedArray(length)** 視圖還可以不通過`ArrayBuffer`對象，直接分配內存而生成。 ```javascript const f64a = new Float64Array(8); f64a[0] = 10; f64a[1] = 20; f64a[2] = f64a[0] + f64a[1]; ``` 上面代碼生成一個 8 個成員的`Float64Array`數組（共 64 字節），然后依次對每個成員賦值。這時，視圖構造函數的參數就是成員的個數。可以看到，視圖數組的賦值操作與普通數組的操作毫無兩樣。 **（3）TypedArray(typedArray)** TypedArray 數組的構造函數，可以接受另一個`TypedArray`實例作為參數。 ```javascript const typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4)); ``` 上面代碼中，`Int8Array`構造函數接受一個`Uint8Array`實例作為參數。 注意，此時生成的新數組，只是復制了參數數組的值，對應的底層內存是不一樣的。新數組會開辟一段新的內存儲存數據，不會在原數組的內存之上建立視圖。 ```javascript const x = new Int8Array([1, 1]); const y = new Int8Array(x); x[0] // 1 y[0] // 1 x[0] = 2; y[0] // 1 ``` 上面代碼中，數組`y`是以數組`x`為模板而生成的，當`x`變動的時候，`y`并沒有變動。 如果想基于同一段內存，構造不同的視圖，可以采用下面的寫法。 ```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)** 構造函數的參數也可以是一個普通數組，然后直接生成`TypedArray`實例。 ```javascript const typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]); ``` 注意，這時`TypedArray`視圖會重新開辟內存，不會在原數組的內存上建立視圖。 上面代碼從一個普通的數組，生成一個 8 位無符號整數的`TypedArray`實例。 TypedArray 數組也可以轉換回普通數組。 ```javascript const normalArray = [...typedArray]; // or const normalArray = Array.from(typedArray); // or const normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray); ``` ### 數組方法 普通數組的操作方法和屬性，對 TypedArray 數組完全適用。 - `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，請參閱數組方法的介紹，這里不再重復了。 注意，TypedArray 數組沒有`concat`方法。如果想要合并多個 TypedArray 數組，可以用下面這個函數。 ```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 數組與普通數組一樣，部署了 Iterator 接口，所以可以被遍歷。 ```javascript let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); for (let byte of ui8) { console.log(byte); } // 0 // 1 // 2 ``` ### 字節序 字節序指的是數值在內存中的表示方式。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(16); const int32View = new Int32Array(buffer); for (let i = 0; i < int32View.length; i++) { int32View[i] = i * 2; } ``` 上面代碼生成一個 16 字節的`ArrayBuffer`對象，然后在它的基礎上，建立了一個 32 位整數的視圖。由于每個 32 位整數占據 4 個字節，所以一共可以寫入 4 個整數，依次為 0，2，4，6。 如果在這段數據上接著建立一個 16 位整數的視圖，則可以讀出完全不一樣的結果。 ```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 ``` 由于每個 16 位整數占據 2 個字節，所以整個`ArrayBuffer`對象現在分成 8 段。然后，由于 x86 體系的計算機都采用小端字節序（little endian），相對重要的字節排在后面的內存地址，相對不重要字節排在前面的內存地址，所以就得到了上面的結果。 比如，一個占據四個字節的 16 進制數`0x12345678`，決定其大小的最重要的字節是“12”，最不重要的是“78”。小端字節序將最不重要的字節排在前面，儲存順序就是`78563412`；大端字節序則完全相反，將最重要的字節排在前面，儲存順序就是`12345678`。目前，所有個人電腦幾乎都是小端字節序，所以 TypedArray 數組內部也采用小端字節序讀寫數據，或者更準確的說，按照本機操作系統設定的字節序讀寫數據。 這并不意味大端字節序不重要，事實上，很多網絡設備和特定的操作系統采用的是大端字節序。這就帶來一個嚴重的問題：如果一段數據是大端字節序，TypedArray 數組將無法正確解析，因為它只能處理小端字節序！為了解決這個問題，JavaScript 引入`DataView`對象，可以設定字節序，下文會詳細介紹。 下面是另一個例子。 ```javascript // 假定某段buffer包含如下字節 [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); // 計算機采用小端字節序 // 所以頭兩個字節等于258 if (uInt16View[0] === 258) { console.log('OK'); // "OK" } // 賦值運算 uInt16View[0] = 255; // 字節變為[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07] uInt16View[0] = 0xff05; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07] uInt16View[1] = 0x0210; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02] ``` 下面的函數可以用來判斷，當前視圖是小端字節序，還是大端字節序。 ```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'); } } ``` 總之，與普通數組相比，TypedArray 數組的最大優點就是可以直接操作內存，不需要數據類型轉換，所以速度快得多。 ### BYTES_PER_ELEMENT 屬性 每一種視圖的構造函數，都有一個`BYTES_PER_ELEMENT`屬性，表示這種數據類型占據的字節數。 ```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 ``` 這個屬性在`TypedArray`實例上也能獲取，即有`TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT`。 ### ArrayBuffer 與字符串的互相轉換 `ArrayBuffer` 和字符串的相互轉換，使用原生 `TextEncoder` 和 `TextDecoder` 方法。為了便于說明用法，下面的代碼都按照 TypeScript 的用法，給出了類型簽名。 ```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 } ``` 上面代碼中，`ab2str()`的第二個參數`outputEncoding`給出了輸出編碼的編碼，一般保持默認值（`utf-8`），其他可選值參見[官方文檔](https://encoding.spec.whatwg.org)或 [Node.js 文檔](https://nodejs.org/api/util.html#util_whatwg_supported_encodings)。 ### 溢出 不同的視圖類型，所能容納的數值范圍是確定的。超出這個范圍，就會出現溢出。比如，8 位視圖只能容納一個 8 位的二進制值，如果放入一個 9 位的值，就會溢出。 TypedArray 數組的溢出處理規則，簡單來說，就是拋棄溢出的位，然后按照視圖類型進行解釋。 ```javascript const uint8 = new Uint8Array(1); uint8[0] = 256; uint8[0] // 0 uint8[0] = -1; uint8[0] // 255 ``` 上面代碼中，`uint8`是一個 8 位視圖，而 256 的二進制形式是一個 9 位的值`100000000`，這時就會發生溢出。根據規則，只會保留后 8 位，即`00000000`。`uint8`視圖的解釋規則是無符號的 8 位整數，所以`00000000`就是`0`。 負數在計算機內部采用“2 的補碼”表示，也就是說，將對應的正數值進行否運算，然后加`1`。比如，`-1`對應的正值是`1`，進行否運算以后，得到`11111110`，再加上`1`就是補碼形式`11111111`。`uint8`按照無符號的 8 位整數解釋`11111111`，返回結果就是`255`。 一個簡單轉換規則，可以這樣表示。 - 正向溢出（overflow）：當輸入值大于當前數據類型的最大值，結果等于當前數據類型的最小值加上余值，再減去 1。 - 負向溢出（underflow）：當輸入值小于當前數據類型的最小值，結果等于當前數據類型的最大值減去余值的絕對值，再加上 1。 上面的“余值”就是模運算的結果，即 JavaScript 里面的`%`運算符的結果。 ```javascript 12 % 4 // 0 12 % 5 // 2 ``` 上面代碼中，12 除以 4 是沒有余值的，而除以 5 會得到余值 2。 請看下面的例子。 ```javascript const int8 = new Int8Array(1); int8[0] = 128; int8[0] // -128 int8[0] = -129; int8[0] // 127 ``` 上面例子中，`int8`是一個帶符號的 8 位整數視圖，它的最大值是 127，最小值是-128。輸入值為`128`時，相當于正向溢出`1`，根據“最小值加上余值（128 除以 127 的余值是 1），再減去 1”的規則，就會返回`-128`；輸入值為`-129`時，相當于負向溢出`1`，根據“最大值減去余值的絕對值（-129 除以-128 的余值的絕對值是 1），再加上 1”的規則，就會返回`127`。 `Uint8ClampedArray`視圖的溢出規則，與上面的規則不同。它規定，凡是發生正向溢出，該值一律等于當前數據類型的最大值，即 255；如果發生負向溢出，該值一律等于當前數據類型的最小值，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`是一個`Uint8ClampedArray`視圖，正向溢出時都返回 255，負向溢出都返回 0。 ### TypedArray.prototype.buffer `TypedArray`實例的`buffer`屬性，返回整段內存區域對應的`ArrayBuffer`對象。該屬性為只讀屬性。 ```javascript const a = new Float32Array(64); const b = new Uint8Array(a.buffer); ``` 上面代碼的`a`視圖對象和`b`視圖對象，對應同一個`ArrayBuffer`對象，即同一段內存。 ### TypedArray.prototype.byteLength，TypedArray.prototype.byteOffset `byteLength`屬性返回 TypedArray 數組占據的內存長度，單位為字節。`byteOffset`屬性返回 TypedArray 數組從底層`ArrayBuffer`對象的哪個字節開始。這兩個屬性都是只讀屬性。 ```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`屬性表示 `TypedArray` 數組含有多少個成員。注意將 `length` 屬性和 `byteLength` 屬性區分，前者是成員長度，后者是字節長度。 ```javascript const a = new Int16Array(8); a.length // 8 a.byteLength // 16 ``` ### TypedArray.prototype.set() TypedArray 數組的`set`方法用于復制數組（普通數組或 TypedArray 數組），也就是將一段內容完全復制到另一段內存。 ```javascript const a = new Uint8Array(8); const b = new Uint8Array(8); b.set(a); ``` 上面代碼復制`a`數組的內容到`b`數組，它是整段內存的復制，比一個個拷貝成員的那種復制快得多。 `set`方法還可以接受第二個參數，表示從`b`對象的哪一個成員開始復制`a`對象。 ```javascript const a = new Uint16Array(8); const b = new Uint16Array(10); b.set(a, 2) ``` 上面代碼的`b`數組比`a`數組多兩個成員，所以從`b[2]`開始復制。 ### TypedArray.prototype.subarray() `subarray`方法是對于 TypedArray 數組的一部分，再建立一個新的視圖。 ```javascript const a = new Uint16Array(8); const b = a.subarray(2,3); a.byteLength // 16 b.byteLength // 2 ``` `subarray`方法的第一個參數是起始的成員序號，第二個參數是結束的成員序號（不含該成員），如果省略則包含剩余的全部成員。所以，上面代碼的`a.subarray(2,3)`，意味著 b 只包含`a[2]`一個成員，字節長度為 2。 ### TypedArray.prototype.slice() TypeArray 實例的`slice`方法，可以返回一個指定位置的新的`TypedArray`實例。 ```javascript let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); ui8.slice(-1) // Uint8Array [ 2 ] ``` 上面代碼中，`ui8`是 8 位無符號整數數組視圖的一個實例。它的`slice`方法可以從當前視圖之中，返回一個新的視圖實例。 `slice`方法的參數，表示原數組的具體位置，開始生成新數組。負值表示逆向的位置，即-1 為倒數第一個位置，-2 表示倒數第二個位置，以此類推。 ### TypedArray.of() TypedArray 數組的所有構造函數，都有一個靜態方法`of`，用于將參數轉為一個`TypedArray`實例。 ```javascript Float32Array.of(0.151, -8, 3.7) // Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ] ``` 下面三種方法都會生成同樣一個 TypedArray 數組。 ```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() 靜態方法`from`接受一個可遍歷的數據結構（比如數組）作為參數，返回一個基于這個結構的`TypedArray`實例。 ```javascript Uint16Array.from([0, 1, 2]) // Uint16Array [ 0, 1, 2 ] ``` 這個方法還可以將一種`TypedArray`實例，轉為另一種。 ```javascript const ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2)); ui16 instanceof Uint16Array // true ``` `from`方法還可以接受一個函數，作為第二個參數，用來對每個元素進行遍歷，功能類似`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`方法沒有發生溢出，這說明遍歷不是針對原來的 8 位整數數組。也就是說，`from`會將第一個參數指定的 TypedArray 數組，拷貝到另一段內存之中，處理之后再將結果轉成指定的數組格式。 ## 復合視圖 由于視圖的構造函數可以指定起始位置和長度，所以在同一段內存之中，可以依次存放不同類型的數據，這叫做“復合視圖”。 ```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); ``` 上面代碼將一個 24 字節長度的`ArrayBuffer`對象，分成三個部分： - 字節 0 到字節 3：1 個 32 位無符號整數 - 字節 4 到字節 19：16 個 8 位整數 - 字節 20 到字節 23：1 個 32 位浮點數 這種數據結構可以用如下的 C 語言描述： ```c struct someStruct { unsigned long id; char username[16]; float amountDue; }; ``` ## DataView 視圖 如果一段數據包括多種類型（比如服務器傳來的 HTTP 數據），這時除了建立`ArrayBuffer`對象的復合視圖以外，還可以通過`DataView`視圖進行操作。 `DataView`視圖提供更多操作選項，而且支持設定字節序。本來，在設計目的上，`ArrayBuffer`對象的各種`TypedArray`視圖，是用來向網卡、聲卡之類的本機設備傳送數據，所以使用本機的字節序就可以了；而`DataView`視圖的設計目的，是用來處理網絡設備傳來的數據，所以大端字節序或小端字節序是可以自行設定的。 `DataView`視圖本身也是構造函數，接受一個`ArrayBuffer`對象作為參數，生成視圖。 ```javascript new DataView(ArrayBuffer buffer [, 字節起始位置 [, 長度]]); ``` 下面是一個例子。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(24); const dv = new DataView(buffer); ``` `DataView`實例有以下屬性，含義與`TypedArray`實例的同名方法相同。 - `DataView.prototype.buffer`：返回對應的 ArrayBuffer 對象 - `DataView.prototype.byteLength`：返回占據的內存字節長度 - `DataView.prototype.byteOffset`：返回當前視圖從對應的 ArrayBuffer 對象的哪個字節開始 `DataView`實例提供 8 個方法讀取內存。 - **`getInt8`**：讀取 1 個字節，返回一個 8 位整數。 - **`getUint8`**：讀取 1 個字節，返回一個無符號的 8 位整數。 - **`getInt16`**：讀取 2 個字節，返回一個 16 位整數。 - **`getUint16`**：讀取 2 個字節，返回一個無符號的 16 位整數。 - **`getInt32`**：讀取 4 個字節，返回一個 32 位整數。 - **`getUint32`**：讀取 4 個字節，返回一個無符號的 32 位整數。 - **`getFloat32`**：讀取 4 個字節，返回一個 32 位浮點數。 - **`getFloat64`**：讀取 8 個字節，返回一個 64 位浮點數。 這一系列`get`方法的參數都是一個字節序號（不能是負數，否則會報錯），表示從哪個字節開始讀取。 ```javascript const buffer = new ArrayBuffer(24); const dv = new DataView(buffer); // 從第1個字節讀取一個8位無符號整數 const v1 = dv.getUint8(0); // 從第2個字節讀取一個16位無符號整數 const v2 = dv.getUint16(1); // 從第4個字節讀取一個16位無符號整數 const v3 = dv.getUint16(3); ``` 上面代碼讀取了`ArrayBuffer`對象的前 5 個字節，其中有一個 8 位整數和兩個十六位整數。 如果一次讀取兩個或兩個以上字節，就必須明確數據的存儲方式，到底是小端字節序還是大端字節序。默認情況下，`DataView`的`get`方法使用大端字節序解讀數據，如果需要使用小端字節序解讀，必須在`get`方法的第二個參數指定`true`。 ```javascript // 小端字節序 const v1 = dv.getUint16(1, true); // 大端字節序 const v2 = dv.getUint16(3, false); // 大端字節序 const v3 = dv.getUint16(3); ``` DataView 視圖提供 8 個方法寫入內存。 - **`setInt8`**：寫入 1 個字節的 8 位整數。 - **`setUint8`**：寫入 1 個字節的 8 位無符號整數。 - **`setInt16`**：寫入 2 個字節的 16 位整數。 - **`setUint16`**：寫入 2 個字節的 16 位無符號整數。 - **`setInt32`**：寫入 4 個字節的 32 位整數。 - **`setUint32`**：寫入 4 個字節的 32 位無符號整數。 - **`setFloat32`**：寫入 4 個字節的 32 位浮點數。 - **`setFloat64`**：寫入 8 個字節的 64 位浮點數。 這一系列`set`方法，接受兩個參數，第一個參數是字節序號，表示從哪個字節開始寫入，第二個參數為寫入的數據。對于那些寫入兩個或兩個以上字節的方法，需要指定第三個參數，`false`或者`undefined`表示使用大端字節序寫入，`true`表示使用小端字節序寫入。 ```javascript // 在第1個字節，以大端字節序寫入值為25的32位整數 dv.setInt32(0, 25, false); // 在第5個字節，以大端字節序寫入值為25的32位整數 dv.setInt32(4, 25); // 在第9個字節，以小端字節序寫入值為2.5的32位浮點數 dv.setFloat32(8, 2.5, true); ``` 如果不確定正在使用的計算機的字節序，可以采用下面的判斷方式。 ```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`，就是小端字節序；如果返回`false`，就是大端字節序。 ## 二進制數組的應用 大量的 Web API 用到了`ArrayBuffer`對象和它的視圖對象。 ### AJAX 傳統上，服務器通過 AJAX 操作只能返回文本數據，即`responseType`屬性默認為`text`。`XMLHttpRequest`第二版`XHR2`允許服務器返回二進制數據，這時分成兩種情況。如果明確知道返回的二進制數據類型，可以把返回類型（`responseType`）設為`arraybuffer`；如果不知道，就設為`blob`。 ```javascript let xhr = new XMLHttpRequest(); xhr.open('GET', someUrl); xhr.responseType = 'arraybuffer'; xhr.onload = function () { let arrayBuffer = xhr.response; // ··· }; xhr.send(); ``` 如果知道傳回來的是 32 位整數，可以像下面這樣處理。 ```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 網頁`Canvas`元素輸出的二進制像素數據，就是 TypedArray 數組。 ```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，上面代碼的`uint8ClampedArray`雖然是一個 TypedArray 數組，但是它的視圖類型是一種針對`Canvas`元素的專有類型`Uint8ClampedArray`。這個視圖類型的特點，就是專門針對顏色，把每個字節解讀為無符號的 8 位整數，即只能取值 0 ～ 255，而且發生運算的時候自動過濾高位溢出。這為圖像處理帶來了巨大的方便。 舉例來說，如果把像素的顏色值設為`Uint8Array`類型，那么乘以一個 gamma 值的時候，就必須這樣計算： ```javascript u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma)); ``` 因為`Uint8Array`類型對于大于 255 的運算結果（比如`0xFF+1`），會自動變為`0x00`，所以圖像處理必須要像上面這樣算。這樣做很麻煩，而且影響性能。如果將顏色值設為`Uint8ClampedArray`類型，計算就簡化許多。 ```javascript pixels[i] *= gamma; ``` `Uint8ClampedArray`類型確保將小于 0 的值設為 0，將大于 255 的值設為 255。注意，IE 10 不支持該類型。 ### WebSocket `WebSocket`可以通過`ArrayBuffer`，發送或接收二進制數據。 ```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 取回的數據，就是`ArrayBuffer`對象。 ```javascript fetch(url) .then(function(response){ return response.arrayBuffer() }) .then(function(arrayBuffer){ // ... }); ``` ### File API 如果知道一個文件的二進制數據類型，也可以將這個文件讀取為`ArrayBuffer`對象。 ```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; // ··· }; ``` 下面以處理 bmp 文件為例。假定`file`變量是一個指向 bmp 文件的文件對象，首先讀取文件。 ```javascript const reader = new FileReader(); reader.addEventListener("load", processimage, false); reader.readAsArrayBuffer(file); ``` 然后，定義處理圖像的回調函數：先在二進制數據之上建立一個`DataView`視圖，再建立一個`bitmap`對象，用于存放處理后的數據，最后將圖像展示在`Canvas`元素之中。 ```javascript function processimage(e) { const buffer = e.target.result; const datav = new DataView(buffer); const bitmap = {}; // 具體的處理步驟 } ``` 具體處理圖像數據時，先處理 bmp 的文件頭。具體每個文件頭的格式和定義，請參閱有關資料。 ```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); ``` 接著處理圖像元信息部分。 ```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); ``` 最后處理圖像本身的像素信息。 ```javascript const start = bitmap.fileheader.bfOffBits; bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start); ``` 至此，圖像文件的數據全部處理完成。下一步，可以根據需要，進行圖像變形，或者轉換格式，或者展示在`Canvas`網頁元素之中。 ## SharedArrayBuffer JavaScript 是單線程的，Web worker 引入了多線程：主線程用來與用戶互動，Worker 線程用來承擔計算任務。每個線程的數據都是隔離的，通過`postMessage()`通信。下面是一個例子。 ```javascript // 主線程 const w = new Worker('myworker.js'); ``` 上面代碼中，主線程新建了一個 Worker 線程。該線程與主線程之間會有一個通信渠道，主線程通過`w.postMessage`向 Worker 線程發消息，同時通過`message`事件監聽 Worker 線程的回應。 ```javascript // 主線程 w.postMessage('hi'); w.onmessage = function (ev) { console.log(ev.data); } ``` 上面代碼中，主線程先發一個消息`hi`，然后在監聽到 Worker 線程的回應后，就將其打印出來。 Worker 線程也是通過監聽`message`事件，來獲取主線程發來的消息，并作出反應。 ```javascript // Worker 線程 onmessage = function (ev) { console.log(ev.data); postMessage('ho'); } ``` 線程之間的數據交換可以是各種格式，不僅僅是字符串，也可以是二進制數據。這種交換采用的是復制機制，即一個進程將需要分享的數據復制一份，通過`postMessage`方法交給另一個進程。如果數據量比較大，這種通信的效率顯然比較低。很容易想到，這時可以留出一塊內存區域，由主線程與 Worker 線程共享，兩方都可以讀寫，那么就會大大提高效率，協作起來也會比較簡單（不像`postMessage`那么麻煩）。 ES2017 引入[`SharedArrayBuffer`](https://github.com/tc39/ecmascript_sharedmem/blob/master/TUTORIAL.md)，允許 Worker 線程與主線程共享同一塊內存。`SharedArrayBuffer`的 API 與`ArrayBuffer`一模一樣，唯一的區別是后者無法共享數據。 ```javascript // 主線程 // 新建 1KB 共享內存 const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024); // 主線程將共享內存的地址發送出去 w.postMessage(sharedBuffer); // 在共享內存上建立視圖，供寫入數據 const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); ``` 上面代碼中，`postMessage`方法的參數是`SharedArrayBuffer`對象。 Worker 線程從事件的`data`屬性上面取到數據。 ```javascript // Worker 線程 onmessage = function (ev) { // 主線程共享的數據，就是 1KB 的共享內存 const sharedBuffer = ev.data; // 在共享內存上建立視圖，方便讀寫 const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // ... }; ``` 共享內存也可以在 Worker 線程創建，發給主線程。 `SharedArrayBuffer`與`ArrayBuffer`一樣，本身是無法讀寫的，必須在上面建立視圖，然后通過視圖讀寫。 ```javascript // 分配 10 萬個 32 位整數占據的內存空間 const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000); // 建立 32 位整數視圖 const ia = new Int32Array(sab); // ia.length == 100000 // 新建一個質數生成器 const primes = new PrimeGenerator(); // 將 10 萬個質數，寫入這段內存空間 for ( let i=0 ; i < ia.length ; i++ ) ia[i] = primes.next(); // 向 Worker 線程發送這段共享內存 w.postMessage(ia); ``` Worker 線程收到數據后的處理如下。 ```javascript // Worker 線程 let ia; onmessage = function (ev) { ia = ev.data; console.log(ia.length); // 100000 console.log(ia[37]); // 輸出 163，因為這是第38個質數 }; ``` ## Atomics 對象 多線程共享內存，最大的問題就是如何防止兩個線程同時修改某個地址，或者說，當一個線程修改共享內存以后，必須有一個機制讓其他線程同步。SharedArrayBuffer API 提供`Atomics`對象，保證所有共享內存的操作都是“原子性”的，并且可以在所有線程內同步。 什么叫“原子性操作”呢？現代編程語言中，一條普通的命令被編譯器處理以后，會變成多條機器指令。如果是單線程運行，這是沒有問題的；多線程環境并且共享內存時，就會出問題，因為這一組機器指令的運行期間，可能會插入其他線程的指令，從而導致運行結果出錯。請看下面的例子。 ```javascript // 主線程 ia[42] = 314159; // 原先的值 191 ia[37] = 123456; // 原先的值 163 // Worker 線程 console.log(ia[37]); console.log(ia[42]); // 可能的結果 // 123456 // 191 ``` 上面代碼中，主線程的原始順序是先對 42 號位置賦值，再對 37 號位置賦值。但是，編譯器和 CPU 為了優化，可能會改變這兩個操作的執行順序（因為它們之間互不依賴），先對 37 號位置賦值，再對 42 號位置賦值。而執行到一半的時候，Worker 線程可能就會來讀取數據，導致打印出`123456`和`191`。 下面是另一個例子。 ```javascript // 主線程 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(); // 將質數放入 ia } // worker 線程 ia[112]++; // 錯誤 Atomics.add(ia, 112, 1); // 正確 ``` 上面代碼中，Worker 線程直接改寫共享內存`ia[112]++`是不正確的。因為這行語句會被編譯成多條機器指令，這些指令之間無法保證不會插入其他進程的指令。請設想如果兩個線程同時`ia[112]++`，很可能它們得到的結果都是不正確的。 `Atomics`對象就是為了解決這個問題而提出，它可以保證一個操作所對應的多條機器指令，一定是作為一個整體運行的，中間不會被打斷。也就是說，它所涉及的操作都可以看作是原子性的單操作，這可以避免線程競爭，提高多線程共享內存時的操作安全。所以，`ia[112]++`要改寫成`Atomics.add(ia, 112, 1)`。 `Atomics`對象提供多種方法。 **（1）Atomics.store()，Atomics.load()** `store()`方法用來向共享內存寫入數據，`load()`方法用來從共享內存讀出數據。比起直接的讀寫操作，它們的好處是保證了讀寫操作的原子性。 此外，它們還用來解決一個問題：多個線程使用共享內存的某個位置作為開關（flag），一旦該位置的值變了，就執行特定操作。這時，必須保證該位置的賦值操作，一定是在它前面的所有可能會改寫內存的操作結束后執行；而該位置的取值操作，一定是在它后面所有可能會讀取該位置的操作開始之前執行。`store()`方法和`load()`方法就能做到這一點，編譯器不會為了優化，而打亂機器指令的執行順序。 ```javascript Atomics.load(typedArray, index) Atomics.store(typedArray, index, value) ``` `store()`方法接受三個參數：`typedArray`對象（SharedArrayBuffer 的視圖）、位置索引和值，返回`typedArray[index]`的值。`load()`方法只接受兩個參數：`typedArray`對象（SharedArrayBuffer 的視圖）和位置索引，也是返回`typedArray[index]`的值。 ```javascript // 主線程 main.js ia[42] = 314159; // 原先的值 191 Atomics.store(ia, 37, 123456); // 原先的值是 163 // Worker 線程 worker.js while (Atomics.load(ia, 37) == 163); console.log(ia[37]); // 123456 console.log(ia[42]); // 314159 ``` 上面代碼中，主線程的`Atomics.store()`向 42 號位置的賦值，一定是早于 37 位置的賦值。只要 37 號位置等于 163，Worker 線程就不會終止循環，而對 37 號位置和 42 號位置的取值，一定是在`Atomics.load()`操作之后。 下面是另一個例子。 ```javascript // 主線程 const worker = new Worker('worker.js'); const length = 10; const size = Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * length; // 新建一段共享內存 const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(size); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); for (let i = 0; i < 10; i++) { // 向共享內存寫入 10 個整數 Atomics.store(sharedArray, i, 0); } worker.postMessage(sharedBuffer); ``` 上面代碼中，主線程用`Atomics.store()`方法寫入數據。下面是 Worker 線程用`Atomics.load()`方法讀取數據。 ```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 線程如果要寫入數據，可以使用上面的`Atomics.store()`方法，也可以使用`Atomics.exchange()`方法。它們的區別是，`Atomics.store()`返回寫入的值，而`Atomics.exchange()`返回被替換的值。 ```javascript // Worker 線程 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); ``` 上面代碼將共享內存的偶數位置的值改成`1`，奇數位置的值改成`2`。 **（3）Atomics.wait()，Atomics.notify()** 使用`while`循環等待主線程的通知，不是很高效，如果用在主線程，就會造成卡頓，`Atomics`對象提供了`wait()`和`notify()`兩個方法用于等待通知。這兩個方法相當于鎖內存，即在一個線程進行操作時，讓其他線程休眠（建立鎖），等到操作結束，再喚醒那些休眠的線程（解除鎖）。 `Atomics.notify()`方法以前叫做`Atomics.wake()`，后來進行了改名。 ```javascript // Worker 線程 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); ``` 上面代碼中，`Atomics.wait()`方法等同于告訴 Worker 線程，只要滿足給定條件（`sharedArray`的`0`號位置等于`50`），就在這一行 Worker 線程進入休眠。 主線程一旦更改了指定位置的值，就可以喚醒 Worker 線程。 ```javascript // 主線程 const newArrayValue = 100; Atomics.store(sharedArray, 0, newArrayValue); const arrayIndex = 0; const queuePos = 1; Atomics.notify(sharedArray, arrayIndex, queuePos); ``` 上面代碼中，`sharedArray`的`0`號位置改為`100`，然后就執行`Atomics.notify()`方法，喚醒在`sharedArray`的`0`號位置休眠隊列里的一個線程。 `Atomics.wait()`方法的使用格式如下。 ```javascript Atomics.wait(sharedArray, index, value, timeout) ``` 它的四個參數含義如下。 - sharedArray：共享內存的視圖數組。 - index：視圖數據的位置（從0開始）。 - value：該位置的預期值。一旦實際值等于預期值，就進入休眠。 - timeout：整數，表示過了這個時間以后，就自動喚醒，單位毫秒。該參數可選，默認值是`Infinity`，即無限期的休眠，只有通過`Atomics.notify()`方法才能喚醒。 `Atomics.wait()`的返回值是一個字符串，共有三種可能的值。如果`sharedArray[index]`不等于`value`，就返回字符串`not-equal`，否則就進入休眠。如果`Atomics.notify()`方法喚醒，就返回字符串`ok`；如果因為超時喚醒，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) ``` 它的三個參數含義如下。 - sharedArray：共享內存的視圖數組。 - index：視圖數據的位置（從0開始）。 - count：需要喚醒的 Worker 線程的數量，默認為`Infinity`。 `Atomics.notify()`方法一旦喚醒休眠的 Worker 線程，就會讓它繼續往下運行。 請看一個例子。 ```javascript // 主線程 console.log(ia[37]); // 163 Atomics.store(ia, 37, 123456); Atomics.notify(ia, 37, 1); // Worker 線程 Atomics.wait(ia, 37, 163); console.log(ia[37]); // 123456 ``` 上面代碼中，視圖數組`ia`的第 37 號位置，原來的值是`163`。Worker 線程使用`Atomics.wait()`方法，指定只要`ia[37]`等于`163`，就進入休眠狀態。主線程使用`Atomics.store()`方法，將`123456`寫入`ia[37]`，然后使用`Atomics.notify()`方法喚醒 Worker 線程。 另外，基于`wait`和`notify`這兩個方法的鎖內存實現，可以看 Lars T Hansen 的 [js-lock-and-condition](https://github.com/lars-t-hansen/js-lock-and-condition) 這個庫。 注意，瀏覽器的主線程不宜設置休眠，這會導致用戶失去響應。而且，主線程實際上會拒絕進入休眠。 **（4）運算方法** 共享內存上面的某些運算是不能被打斷的，即不能在運算過程中，讓其他線程改寫內存上面的值。Atomics 對象提供了一些運算方法，防止數據被改寫。 ```javascript Atomics.add(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.add`用于將`value`加到`sharedArray[index]`，返回`sharedArray[index]`舊的值。 ```javascript Atomics.sub(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.sub`用于將`value`從`sharedArray[index]`減去，返回`sharedArray[index]`舊的值。 ```javascript Atomics.and(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.and`用于將`value`與`sharedArray[index]`進行位運算`and`，放入`sharedArray[index]`，并返回舊的值。 ```javascript Atomics.or(sharedArray, index, value) ``` `Atomics.or`用于將`value`與`sharedArray[index]`進行位運算`or`，放入`sharedArray[index]`，并返回舊的值。 ```javascript Atomics.xor(sharedArray, index, value) ``` `Atomic.xor`用于將`vaule`與`sharedArray[index]`進行位運算`xor`，放入`sharedArray[index]`，并返回舊的值。 **（5）其他方法** `Atomics`對象還有以下方法。 - `Atomics.compareExchange(sharedArray, index, oldval, newval)`：如果`sharedArray[index]`等于`oldval`，就寫入`newval`，返回`oldval`。 - `Atomics.isLockFree(size)`：返回一個布爾值，表示`Atomics`對象是否可以處理某個`size`的內存鎖定。如果返回`false`，應用程序就需要自己來實現鎖定。 `Atomics.compareExchange`的一個用途是，從 SharedArrayBuffer 讀取一個值，然后對該值進行某個操作，操作結束以后，檢查一下 SharedArrayBuffer 里面原來那個值是否發生變化（即被其他線程改寫過）。如果沒有改寫過，就將它寫回原來的位置，否則讀取新的值，再重頭進行一次操作。