编辑“︁JavaScript Node.js缓冲区（Buffer）”︁

{{Note|本节内容适用于Node.js初学者及需要理解二进制数据处理的开发者。}}

= JavaScript Node.js缓冲区（Buffer） =

'''Node.js缓冲区（Buffer）'''是用于直接操作二进制数据的特殊全局对象，在文件系统操作、网络通信等场景中处理TCP流或文件时至关重要。由于JavaScript传统上缺乏处理二进制数据的能力，Buffer类在Node.js中被引入作为固定大小的原始内存分配区域。

== 核心概念 ==

=== 为什么需要缓冲区？ ===
* JavaScript字符串使用UTF-16编码，而网络协议和文件系统通常使用UTF-8或其他二进制格式
* 处理图片、音频等非文本数据时需要原始字节操作能力
* 提高I/O操作效率（直接内存访问比编码转换更快）

=== 内存表示 ===
<mermaid>
graph LR
    A[Buffer] --> B(内存块)
    B --> C[字节1]
    B --> D[字节2]
    B --> E[...]
    B --> F[字节N]
</mermaid>

== 创建缓冲区 ==

=== 方法1：alloc ===
创建指定大小的初始化缓冲区（默认用0填充）：

<syntaxhighlight lang="javascript">
// 创建5字节的缓冲区
const buf1 = Buffer.alloc(5);
console.log(buf1); // 输出: <Buffer 00 00 00 00 00>
</syntaxhighlight>

=== 方法2：from ===
从现有数据创建：
<syntaxhighlight lang="javascript">
// 从字符串创建
const buf2 = Buffer.from('Hello');
console.log(buf2); // <Buffer 48 65 6c 6c 6f>

// 从数组创建
const buf3 = Buffer.from([0x48, 0x65, 0x6c]);
console.log(buf3); // <Buffer 48 65 6c>
</syntaxhighlight>

== 缓冲区操作 ==

=== 写入数据 ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
const buf = Buffer.alloc(10);
buf.write('Node.js');
console.log(buf); // <Buffer 4e 6f 64 65 2e 6a 73 00 00 00>
</syntaxhighlight>

=== 读取数据 ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
const buf = Buffer.from('Buffer Demo');
console.log(buf.toString('utf8', 0, 6)); // 输出: "Buffer"
</syntaxhighlight>

=== 切片操作 ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
const buf = Buffer.from('Node.js Buffers');
const slice = buf.slice(0, 7);
console.log(slice.toString()); // 输出: "Node.js"
</syntaxhighlight>

== 编码支持 ==
Node.js缓冲区支持多种编码：

{| class="wikitable"
|-
! 编码类型 !! 描述
|-
| utf8 || 默认编码
|-
| ascii || 7位ASCII
|-
| utf16le || 小端序UTF-16
|-
| base64 || Base64编码
|-
| hex || 十六进制字符串
|}

== 实际应用案例 ==

=== 案例1：文件哈希计算 ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
const crypto = require('crypto');
const fs = require('fs');

// 创建文件内容的缓冲区
const fileBuffer = fs.readFileSync('example.txt');
// 计算SHA-256哈希
const hash = crypto.createHash('sha256').update(fileBuffer).digest('hex');
console.log(`File hash: ${hash}`);
</syntaxhighlight>

=== 案例2：图像处理中间件 ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
app.use((req, res, next) => {
    const chunks = [];
    req.on('data', (chunk) => {
        chunks.push(chunk);
    });
    req.on('end', () => {
        req.fileData = Buffer.concat(chunks);
        next();
    });
});
</syntaxhighlight>

== 性能注意事项 ==

* 缓冲区操作比字符串操作更快（减少编码/解码开销）
* 大缓冲区应使用<code>Buffer.allocUnsafe()</code>但需手动初始化
* 旧版<code>new Buffer()</code>构造函数因安全原因已废弃

== 数学表示 ==

缓冲区可以视为字节向量：
<math>
\vec{b} = (b_0, b_1, ..., b_{n-1}) \quad \text{其中} \quad b_i \in [0, 255]
</math>

转换字符串时的编码函数：
<math>
f_{enc}: \vec{b} \rightarrow S
</math>

== 常见问题 ==

=== Q: 缓冲区与TypedArray有何区别？ ===
* Buffer是Uint8Array的子类
* Buffer添加了额外的编码/解码方法
* 在Node.js环境中优先使用Buffer

=== Q: 如何转换JSON？ ===
<syntaxhighlight lang="javascript">
const buf = Buffer.from(JSON.stringify({ key: 'value' }));
const obj = JSON.parse(buf.toString());
</syntaxhighlight>

== 进阶主题 ==

* 内存池管理机制
* 与Stream API的集成
* 零拷贝技术（如<code>buf.slice()</code>不复制内存）

{{Warning|不当的缓冲区操作可能导致内存泄漏或安全漏洞（如缓冲区溢出）}}

== 总结 ==
Node.js缓冲区提供了处理二进制数据的基础能力，是网络编程、文件系统操作等核心功能的基础。理解缓冲区的工作原理有助于编写高效可靠的Node.js应用程序。

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