Buffer 是 Node.js 中一个非常重要且强大的全局对象，用于直接操作原始二进制数据流。它在浏览器环境中不可用，是 Node.js 的核心特性之一。
🎯 什么是 Buffer？ #
Buffer 是一个表示固定长度的原始二进制数据块的类。你可以把它想象成一个专门用来处理原始二进制数据的数组，但与普通数组不同，它在 V8 堆外分配固定大小的原始内存，效率极高。
为什么需要 Buffer？ #
- JavaScript 传统上擅长处理字符串，但在处理 TCP 流、文件系统操作、图像处理等场景时，需要直接操作二进制数据
- Buffer 提供了处理二进制数据流的能力
- 它在 Node.js 中用于处理各种 I/O 操作
📊 Buffer 与 String 的对比 #
| 特性 | String | Buffer |
|---|---|---|
| 数据类型 | Unicode 字符（UTF-16） | 原始二进制数据 |
| 编码 | 总是有编码（UTF-8, UTF-16等） | 原始字节，可以转换为各种编码 |
| 可变性 | 不可变（immutable） | 可变（mutable） |
| 内存分配 | V8 堆内 | V8 堆外 |
| 使用场景 | 文本处理 | 二进制数据、文件I/O、网络流 |
🛠️ 创建 Buffer #
重要提示：较新版本的 Node.js 中，
Buffer()构造函数不推荐直接使用（出于安全考虑），应该使用以下方法：
1. 分配指定大小的 Buffer #
// 创建长度为 10 的 Buffer，默认用 0 填充
const buf1 = Buffer.alloc(10);
console.log(buf1); // <Buffer 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00>
// 创建长度为 10 的 Buffer，但不进行初始化（可能包含旧数据）
const buf2 = Buffer.allocUnsafe(10);
console.log(buf2); // <Buffer 随机数据>
// 推荐使用 alloc 而不是 allocUnsafe，除非性能至关重要
2. 从数组创建 Buffer #
// 从字节数组创建
const buf = Buffer.from([0x62, 0x75, 0x66, 0x66, 0x65, 0x72]);
console.log(buf); // <Buffer 62 75 66 66 65 72>
console.log(buf.toString()); // "buffer"
3. 从字符串创建 Buffer #
// 从字符串创建，默认 UTF-8 编码
const buf = Buffer.from('Hello World', 'utf8');
console.log(buf); // <Buffer 48 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64>
console.log(buf.toString()); // "Hello World"
// 使用不同编码
const bufHex = Buffer.from('48656c6c6f', 'hex');
console.log(bufHex.toString()); // "Hello"
🔧 常用操作和方法 #
1. 写入和读取数据 #
const buf = Buffer.alloc(10);
// 写入数据
buf.write('Hello', 0, 5, 'utf8'); // 从位置0开始写入5个字节
console.log(buf); // <Buffer 48 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00>
// 读取数据
console.log(buf.toString('utf8', 0, 5)); // "Hello"
// 直接操作字节
buf[0] = 0x41; // 'A' 的 ASCII 码
console.log(buf.toString()); // "Aello"
2. Buffer 切片（类似数组切片） #
const buf = Buffer.from('Hello World');
const slice = buf.slice(0, 5); // 不复制内存，共享底层数据
console.log(slice.toString()); // "Hello"
// 修改切片会影响原 Buffer
slice[0] = 0x41; // 'A'
console.log(buf.toString()); // "Aello World"
3. 复制 Buffer #
const buf1 = Buffer.from('Hello');
const buf2 = Buffer.from('World');
const target = Buffer.alloc(10);
buf1.copy(target, 0); // 复制到target，从位置0开始
buf2.copy(target, 5); // 复制到target，从位置5开始
console.log(target.toString()); // "HelloWorld"
4. 转换编码 #
const buf = Buffer.from('Hello');
// 转换为十六进制字符串
console.log(buf.toString('hex')); // "48656c6c6f"
// 转换为Base64
console.log(buf.toString('base64')); // "SGVsbG8="
// 从Base64转换回来
const bufFromBase64 = Buffer.from('SGVsbG8=', 'base64');
console.log(bufFromBase64.toString()); // "Hello"
🌐 实际应用场景 #
1. 文件操作 #
const fs = require('fs');
// 读取文件到 Buffer
fs.readFile('image.png', (err, data) => {
if (err) throw err;
console.log(`读取了 ${data.length} 字节的图片数据`);
// data 是一个包含图片二进制数据的 Buffer
});
// 写入 Buffer 到文件
const buffer = Buffer.from('Hello File System');
fs.writeFile('message.txt', buffer, (err) => {
if (err) throw err;
console.log('文件已保存');
});
2. 网络通信 #
const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
const chunks = [];
// 收集接收到的数据块（Buffer）
req.on('data', chunk => {
chunks.push(chunk);
});
// 所有数据接收完毕
req.on('end', () => {
// 将所有 Buffer 块合并
const body = Buffer.concat(chunks);
console.log(`收到 ${body.length} 字节数据`);
// 处理二进制数据...
res.end('Data received');
});
});
server.listen(3000);
3. 数据处理和转换 #
// 处理图像数据
function processImage(imageBuffer) {
// 在这里可以直接操作图像的二进制数据
for (let i = 0; i < imageBuffer.length; i += 4) {
// 处理RGBA像素数据
imageBuffer[i] = 255 - imageBuffer[i]; // 反色 R
imageBuffer[i + 1] = 255 - imageBuffer[i + 1]; // 反色 G
imageBuffer[i + 2] = 255 - imageBuffer[i + 2]; // 反色 B
// A通道保持不变
}
return imageBuffer;
}
// Base64 编码解码
function base64Encode(str) {
return Buffer.from(str).toString('base64');
}
function base64Decode(str) {
return Buffer.from(str, 'base64').toString();
}
⚠️ 注意事项和最佳实践 #
1. 安全性考虑 #
// 不安全的做法（可能包含敏感数据）
const unsafeBuf = Buffer.allocUnsafe(1024);
console.log(unsafeBuf); // 可能包含之前的内存数据
// 安全做法：总是初始化
const safeBuf = Buffer.alloc(1024); // 用0填充
// 或者手动覆盖敏感数据
unsafeBuf.fill(0);
2. 编码一致性 #
// 确保读写使用相同的编码
const buf = Buffer.from('你好', 'utf8');
console.log(buf.toString('utf8')); // 正确: "你好"
console.log(buf.toString('ascii')); // 乱码: "`O}Y"
3. 内存管理 #
// 大Buffer操作要小心内存使用
const hugeBuffer = Buffer.alloc(1024 * 1024 * 100); // 分配100MB内存
// 及时释放不再需要的大Buffer
hugeBuffer = null; // 让垃圾回收器可以回收内存
4. TypeScript 中的使用 #
如果你使用 TypeScript，需要安装 Node.js 类型定义：
npm install --save-dev @types/node
然后可以这样使用：
// 在 TypeScript 中
const buffer: Buffer = Buffer.from('Hello TypeScript');
console.log(buffer.toString());
🔄 Buffer 与现代 JavaScript #
1. Buffer 与 TypedArray #
Buffer 实现了 Uint8Array API，可以与现代 JavaScript 的 TypedArray 互操作：
const buf = Buffer.from([1, 2, 3, 4]);
const uint8array = new Uint8Array(buf); // 共享底层内存
uint8array[0] = 100;
console.log(buf[0]); // 100 - 修改是共享的
2. 与 Streams 配合使用 #
Buffer 是 Node.js Streams 的基础：
const fs = require('fs');
const readStream = fs.createReadStream('largefile.txt');
const chunks = [];
readStream.on('data', (chunk) => {
// chunk 是一个 Buffer
chunks.push(chunk);
});
readStream.on('end', () => {
const content = Buffer.concat(chunks);
console.log(`文件大小: ${content.length} 字节`);
});
💡 总结 #
- Buffer 是 Node.js 中用于处理二进制数据的核心对象
- 它在 V8 堆外分配固定大小的内存，效率很高
- 主要用于文件 I/O、网络通信、加密等需要直接操作二进制数据的场景
- 应该使用
Buffer.alloc()、Buffer.from()而不是已弃用的new Buffer() - 注意编码一致性、内存管理和安全性问题
- 与现代 JavaScript 的 TypedArray 和 Streams 有良好的互操作性
Buffer 是 Node.js 开发中不可或缺的工具，特别适合处理各种 I/O 密集型任务和二进制数据操作。