Node.js缓冲区（Buffer）：处理二进制数据入门

在 Node.js 中处理二进制数据时，我们经常需要操作字节流、文件内容或网络传输的数据。这些数据本质上是二进制形式的，而 JavaScript 原生类型（如字符串、数字）难以直接高效地处理这类数据。此时，Buffer 便成为了 Node.js 中专门用于处理二进制数据的核心工具。

一、为什么需要 Buffer？¶

在 JavaScript 中，我们可以轻松处理文本（如字符串）和数字，但当涉及到二进制数据（例如图片、音频文件、网络传输的原始数据包）时，字符串或普通数组就显得力不从心了。例如：
- 读取一个图片文件时，得到的是一连串字节（二进制数据），而非文本；
- 网络请求中，服务器返回的响应是二进制流（如 JSON 格式的二进制编码）；
- 处理数据库中的二进制数据（如 BLOB 类型）。

Node.js 的 Buffer 正是为解决这类问题而生，它提供了高效的二进制数据存储和操作能力，是 Node.js 处理 I/O 操作（输入/输出）的基石。

二、什么是 Buffer？¶

Buffer 是 Node.js 中的一个全局对象，专门用于存储和操作二进制数据。可以将它理解为一个固定长度的“字节数组”，其中每个元素是 0~255 之间的整数（代表一个字节）。例如，Buffer 可以存储一张图片的全部字节，或一段音频的采样数据。

Buffer 的核心特点：
- 所有元素都是 0~255 的整数（即一个字节）；
- 无法动态扩容，创建时需指定长度；
- 存储二进制数据，不依赖字符串编码。

三、创建 Buffer 的几种方式¶

在 Node.js 中，创建 Buffer 有多种方法，以下是最常用的几种：

1. 通过长度创建（初始化为 0）¶

使用 Buffer.alloc(size) 方法创建一个指定长度的 Buffer，所有字节初始化为 0。
例如，创建一个长度为 5 的 Buffer：

const buf = Buffer.alloc(5); 
console.log(buf); // 输出: <Buffer 00 00 00 00 00> 
// 此时 Buffer 中每个位置都是 0（对应 ASCII 码中的空字符）

2. 通过数组创建¶

使用 Buffer.from(array) 方法，将数组中的元素（0~255 的整数）转换为 Buffer。
例如，创建一个包含 [65, 66, 67] 的 Buffer（对应 ASCII 码 A、B、C）：

const buf = Buffer.from([65, 66, 67]); 
console.log(buf); // 输出: <Buffer 41 42 43> 
// 41 是 A，42 是 B，43 是 C 的十六进制表示

3. 通过字符串创建¶

使用 Buffer.from(string, encoding) 方法，将字符串转换为 Buffer（需指定编码，如 utf8、base64 等）。
例如，将字符串 "hello" 转换为 Buffer（默认使用 utf8 编码）：

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf); // 输出: <Buffer 68 65 6c 6c 6f> 
// 68 是 'h'，65 是 'e'，依此类推

四、Buffer 的读写操作¶

Buffer 的核心操作是通过索引访问或修改字节数据，以及获取长度等基本信息。

1. 访问与修改数据¶

Buffer 支持通过索引（从 0 开始）读取或修改单个字节。每个索引对应一个 0~255 的整数（超过 255 会被截断，负数会被转为正数）。

示例：修改 Buffer 中的第一个字节

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf[0]); // 输出: 104（对应字符 'h' 的 ASCII 码）

buf[0] = 72; // 将第一个字节改为 72（ASCII 码 'H'）
console.log(buf.toString()); // 输出: "Hello" 
// 原字符串 "hello" 的第一个字符被改为 'H'，变成 "Hello"

2. 查看 Buffer 长度¶

Buffer 的 length 属性表示其包含的字节数：

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf.length); // 输出: 5 
// "hello" 是 5 个字符，每个字符在 UTF-8 中占 1 字节

3. 遍历 Buffer 数据¶

通过 for 循环遍历 Buffer 的所有字节：

const buf = Buffer.from("abc"); 
for (let i = 0; i < buf.length; i++) { 
  console.log(`第 ${i} 个字节: ${buf[i]}, 字符: ${String.fromCharCode(buf[i])}`); 
}
// 输出：
// 第 0 个字节: 97, 字符: a
// 第 1 个字节: 98, 字符: b
// 第 2 个字节: 99, 字符: c

五、Buffer 与字符串的转换¶

Buffer 最常用的场景之一是与字符串互相转换，需注意编码一致性（如 utf8、base64、hex 等）。

1. Buffer 转字符串¶

使用 buf.toString(encoding) 方法，将 Buffer 转换为字符串，需指定编码：

const buf = Buffer.from([72, 101, 108, 108, 111]); // 对应 "Hello" 的 ASCII 码
console.log(buf.toString("utf8")); // 输出: "Hello"（默认编码为 utf8）
console.log(buf.toString("base64")); // 输出: "SGVsbG8="（base64 编码结果）

2. 字符串转 Buffer¶

使用 Buffer.from(string, encoding) 方法，将字符串转换为 Buffer（默认 utf8 编码）：

const str = "你好，Node.js"; 
const buf = Buffer.from(str, "utf8"); 
console.log(buf.toString("hex")); // 输出十六进制编码（如：e4 bd a0 e5 a5 bd ef bc 8c 4e 6f 64 65 2e 6a 73）

3. Buffer 拼接¶

多个 Buffer 无法直接用 + 拼接，需使用 Buffer.concat([buf1, buf2, ...]) 方法：

const buf1 = Buffer.from("Hello"); 
const buf2 = Buffer.from(" World"); 
const combined = Buffer.concat([buf1, buf2]); 
console.log(combined.toString()); // 输出: "Hello World"

六、Buffer 的常用方法¶

除了上述基础操作，Buffer 还提供了一些实用方法，例如：

1. 写入字符串到 Buffer¶

使用 buf.write(string, offset, length, encoding) 方法，将字符串写入 Buffer（从指定位置开始）：

const buf = Buffer.alloc(10); // 创建长度为 10 的 Buffer（初始为 0）
buf.write("Hi", 0); // 从偏移量 0 开始写入 "Hi"（占 2 字节）
console.log(buf.toString()); // 输出: "Hi"（剩余 8 字节为 0，不影响输出）

2. 截取部分 Buffer¶

使用 buf.slice(start, end) 方法，截取 Buffer 的子部分（不修改原 Buffer）：

const buf = Buffer.from("abcdef"); 
const sub = buf.slice(1, 4); // 从索引 1 到 3（不包含 4）
console.log(sub.toString()); // 输出: "bcd"

七、应用场景与注意事项¶

常见应用场景¶

文件处理：读取图片、视频等二进制文件时，Buffer 用于存储文件内容；
网络通信：HTTP 请求/响应的原始数据通过 Buffer 传输和解析；
数据库操作：处理 BLOB（二进制大对象）类型数据时，Buffer 用于存储和读取二进制内容。

注意事项¶

编码一致性：转换字符串时，需确保编码一致（如 utf8 转 base64 后，必须用 base64 转回字符串），否则会出现乱码；
溢出处理：修改 Buffer 时，若赋值超过 255 会被截断（如 256 → 0，-1 → 255）；
内存管理：Buffer 是 Node.js 堆外内存（非 V8 垃圾回收），操作时需注意避免内存泄漏（如大 Buffer 未及时释放）。

总结¶

Buffer 是 Node.js 处理二进制数据的核心工具，掌握它的基础操作（创建、读写、转换）是理解文件、网络、数据库等 I/O 操作的关键。从简单的字符串转 Buffer，到复杂的二进制数据拼接，Buffer 为我们提供了高效且灵活的二进制处理能力。通过多练习 Buffer 的创建、转换和拼接，你会逐渐熟悉 Node.js 中处理二进制数据的核心逻辑。

希望这篇入门文章能帮助你快速理解 Buffer 的作用和使用方法！