[Node.js源码解读(3)]Buffer的8KB池分配规则和固定位数字的读写-阿里云开发者社区

开发者社区> 开发与运维> 正文

[Node.js源码解读(3)]Buffer的8KB池分配规则和固定位数字的读写

简介:

原作者:蔡伟。

经原作者授权连载于alinode官方博客,未经原作者允许,不得转载。

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#writeUInt32BEBuffer#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()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.allocUnsafeBuffer.concatBuffer.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#writeUInt32BEBuffer#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 writeUInt32LEwriteUInt32BE (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:

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享:
开发与运维
使用钉钉扫一扫加入圈子
+ 订阅

集结各类场景实战经验,助你开发运维畅行无忧

其他文章