在 Node.js 中，Buffer 常常用来存储一些潜在的大体积数据，例如，文件和网络 I/O 所获取来的数据，若不指定编码，则都以 Buffer 的形式来提供，可见其地位非同一般。你或许听说过，Buffer 的创建，是可能会经过内部的一个 8KB 池的，那么具体的规则是什么呢？可以创建一个新 Buffer 实例的 API 那么多，到底哪些 API 会经过，哪些又不会经过呢？或许你在阅读文档时，还看到过许多形如 Buffer#writeUInt32BE ， Buffer#readUInt32BE 等等这类固定位的数字的读写操作，它们具体是如何实现的呢？
现在让我们一起跟着 Node.js 项目中 lib/buffer.js 中的代码，来一探究竟。
8KB 池分配规则
统计一下，当前版本的 Node.js （v6.0）中可以创建一个新 Buffer 类实例的 API 有：
new Buffer()（已不推荐使用，可能会泄露内存中潜在的敏感信息，具体例子可以看这里）Buffer.alloc()Buffer.allocUnsafe()（虽然也有泄露内存中敏感信息的可能，但语义上非常明确）Buffer.from()Buffer.concat()
跟着代码追溯，这些 API 最后都会走进两个内部函数中的一个，来创建 Buffer 实例，这两个内部函数分别是 createBuffer() 和 allocate()：
// lib/buffer.js
// ...
Buffer.poolSize = 8 * 1024;
var poolSize, poolOffset, allocPool;
function createPool() {
poolSize = Buffer.poolSize;
allocPool = createBuffer(poolSize, true);
poolOffset = 0;
}
createPool();
function createBuffer(size, noZeroFill) {
flags[kNoZeroFill] = noZeroFill ? 1 : 0;
try {
const ui8 = new Uint8Array(size);
Object.setPrototypeOf(ui8, Buffer.prototype);
return ui8;
} finally {
flags[kNoZeroFill] = 0;
}
}
function allocate(size) {
if (size === 0) {
return createBuffer(size);
}
if (size < (Buffer.poolSize >>> 1)) {
if (size > (poolSize - poolOffset))
createPool();
var b = allocPool.slice(poolOffset, poolOffset + size);
poolOffset += size;
alignPool();
return b;
} else {
return createBuffer(size, true);
}
}
通过代码可以清楚的看到，若最后创建时，走的是 createBuffer() 函数，则不经过 8KB 池，若走 allocate() 函数，当传入的数据大小小于 Buffer.poolSize 有符号右移 1 位后的结果（相当于将该值除以 2 再向下取整，在本例中，为 4 KB），才会使用到 8KB 池（若当前池剩余空间不足，则创建一个新的，并将当前池指向新池）。
那么现在让我们来看看，这些 API 都走的是哪些方法：
// lib/buffer.js
// ...
Buffer.alloc = function(size, fill, encoding) {
// ...
return createBuffer(size);
};
Buffer.allocUnsafe = function(size) {
assertSize(size);
return allocate(size);
};
Buffer.from = function(value, encodingOrOffset, length) {
// ...
if (value instanceof ArrayBuffer)
return fromArrayBuffer(value, encodingOrOffset, length);
if (typeof value === 'string')
return fromString(value, encodingOrOffset);
return fromObject(value);
};
function fromArrayBuffer(obj, byteOffset, length) {
byteOffset >>>= 0;
if (typeof length === 'undefined')
return binding.createFromArrayBuffer(obj, byteOffset);
length >>>= 0;
return binding.createFromArrayBuffer(obj, byteOffset, length);
}
function fromString(string, encoding) {
// ...
if (length >= (Buffer.poolSize >>> 1))
return binding.createFromString(string, encoding);
if (length > (poolSize - poolOffset))
createPool();
var actual = allocPool.write(string, poolOffset, encoding);
var b = allocPool.slice(poolOffset, poolOffset + actual);
poolOffset += actual;
alignPool();
return b;
}
Buffer.concat = function(list, length) {
// ...
var buffer = Buffer.allocUnsafe(length);
// ...
return buffer;
};
挺一目了然的，让我们来总结一下，当在以下情况同时都成立时，创建的新的 Buffer 类实例才会经过内部 8KB 池：
- 通过
Buffer.allocUnsafe，Buffer.concat，Buffer.from（参数不为一个 ArrayBuffer 实例）和new Buffer（参数不为一个 ArrayBuffer 实例）创建。 - 传入的数据大小不为 0 。
- 且传入数据的大小必须小于 4KB 。
那些固定位数字读写 API
当你在阅读 Buffer 的文档时，看到诸如 Buffer#writeUInt32BE，Buffer#readUInt32BE 这样的 API 时，可能会想到 ES6 规范中的 DateView 类提供的那些方法。其实它们做的事情十分相似，Node.js 项目中甚至还有将这些 API 的底层都替换成原生的 DateView 实例来操作的 PR ，但该 PR 目前已被标记为 stalled ，具体原因大致是：
- 没有显著的性能提升。
- 会在实例被初始化后又增加新的属性。
noAssert参数将会失效。
先不管这个 PR ，其实，这些读写操作，若数字的精度在 32 位以下，则对应方法都是由 JavaScript 实现的，十分优雅，利用了 TypeArray 下那些类（Buffer 中使用的是 Uint8Array）的实例中的元素，在位溢出时，会抛弃溢出位的机制。以 writeUInt32LE 和 writeUInt32BE （LE 和 BE 即小端字节序和大端字节序，可以参阅这篇文章）为例，一个 32 位无符号整数需要 4 字节存储，大端字节序时，则第一个元素为直接将传入的 32 位整数无符号右移 24 位，获取到原最左的 8 位，抛弃当下左边的所有位。以此类推，第二个元素为无符号右移 16 位，第三个元素为 8 位，第四个元素无需移动（小端字节序则相反）：
Buffer.prototype.writeUInt32BE = function(value, offset, noAssert) {
value = +value;
offset = offset >>> 0;
if (!noAssert)
checkInt(this, value, offset, 4, 0xffffffff, 0);
this[offset] = (value >>> 24);
this[offset + 1] = (value >>> 16);
this[offset + 2] = (value >>> 8);
this[offset + 3] = value;
return offset + 4;
};
读操作与之对应，使用了无符号左移后腾出空位再进行 | 操作合并：
Buffer.prototype.readUInt32BE = function(offset, noAssert) {
offset = offset >>> 0;
if (!noAssert)
checkOffset(offset, 4, this.length);
return (this[offset] * 0x1000000) +
((this[offset + 1] << 16) |
(this[offset + 2] << 8) |
this[offset + 3]);
};
其中的 (this[offset] * 0x1000000) + 相当于 this[offset] << 24 | 。
最后
参考：
