前端必须会的 TypedArray：一文吃透

前言

• 在 JavaScript 中，TypedArray 是一种特殊的数组类型，它提供了一种用于在内存缓冲中访问原始二进制数据的机制。与普通的 JavaScript 数组不同，TypedArray 可以存储多种数据类型，如整数、浮点数和布尔值等。
• TypedArray 对象描述了底层二进制数据缓冲区的类数组视图。没有称为 TypedArray 的全局属性，也没有直接可用的 TypedArray 构造函数。但是，有很多不同的全局属性，其值是指定元素类型的类型化数组构造函数。

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1）家族成员 & 核心概念

• ArrayBuffer：原始内存块（字节数组），不含读写方法。

• 视图（View） ：基于同一 ArrayBuffer 的不同"读写方式"：

  • TypedArray 视图（按固定类型顺序读写）
    Int8Array / Uint8Array / Uint8ClampedArray
Int16Array / Uint16Array
Int32Array / Uint32Array
BigInt64Array / BigUint64Array
Float32Array / Float64Array
  • DataView（按字节偏移随取随用，支持大小端）

你可以在同一个 ArrayBuffer 上创建多个视图（甚至重叠），实现零拷贝地读取不同字段。

const buf = new ArrayBuffer(16);
const u8  = new Uint8Array(buf);        // 按字节
const f64 = new Float64Array(buf, 8, 1); // 从第8字节起读一个 Float64

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2）什么时候选 TypedArray，什么时候用 DataView？

• 已知数据全是同一类型的连续块 （像像素、PCM、顶点数据）：用 TypedArray，高效、简单。
• 需要按"结构体"字段解析 （混合类型、含大小端控制）：用 DataView。

// DataView 解析一个小端头部：magic(4B) + version(Uint16) + flags(Uint8)
function parseHeader(buf) {
  const dv = new DataView(buf);
  const magic   = dv.getUint32(0, true);      // true = little-endian
  const version = dv.getUint16(4, true);
  const flags   = dv.getUint8(6);
  return { magic, version, flags };
}

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3）构造/切片/拷贝的必会用法

const u8 = new Uint8Array(4);            // 4 个字节，默认 0
u8.set([1,2,3], 1);                      // 从索引 1 开始写入
const part = u8.subarray(1, 3);          // 视图(零拷贝)
const copy = u8.slice(1, 3);             // 拷贝出新 Buffer（有拷贝）

// typed ↔ normal array
const arr = Array.from(u8);              // [0,1,2,3]
const u16 = new Uint16Array([500, 1000]); // 溢出会按类型截断/取模

// 注意：Uint8ClampedArray 会将值夹在 [0, 255]
new Uint8ClampedArray([-20, 260]);       // -> [0, 255]

口诀：subarray 不拷贝、slice 会拷贝。大文件/流式处理优先 subarray。

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4）文本编码/解码（UTF-8 安全方案）

不要用 atob/btoa 搞 UTF-8 文本，它们是 Latin-1。请用标准 API：

const enc = new TextEncoder();               // UTF-8
const dec = new TextDecoder('utf-8');

const u8  = enc.encode('你好 👋');           // Uint8Array
const str = dec.decode(u8);                  // '你好 👋'

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5）与 Web API 的高频搭配

Fetch 流式下载

const res = await fetch(url);
const reader = res.body.getReader();          // chunks: Uint8Array
let received = 0;
for (;;) {
  const { value, done } = await reader.read();
  if (done) break;
  received += value.byteLength;               // 直接处理二进制块
}

Blob / File / 下载

const u8 = new Uint8Array([0xFF, 0xD8, /* ... */]); // JPEG 片段
const blob = new Blob([u8], { type: 'image/jpeg' });
const url  = URL.createObjectURL(blob);

Canvas / WebGL / WebAudio / WASM

• Canvas：ctx.putImageData() / ImageData.data 是 Uint8ClampedArray
• WebGL：gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW)
• WebAudio：AudioBuffer.getChannelData() → Float32Array
• WASM：与模块共享其 Linear Memory (ArrayBuffer) ，在 JS 用 new Uint8Array(wasmMemory.buffer) 读写

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6）与 Node.js：Buffer 互操作

在 Node 里，Buffer 是 Uint8Array 的子类，可直接互转：

const buf = Buffer.from([1,2,3]);        // Node Buffer
const u8  = new Uint8Array(buf.buffer, buf.byteOffset, buf.byteLength);

大多数库都接受 Uint8Array；在浏览器用 TypedArray，在 Node 用 Buffer/Uint8Array 都 OK。

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7）跨线程传输与共享（性能关键）

结构化克隆 & 可转移（postMessage）

// 主线程 → Worker
const ab = new ArrayBuffer(1024);
postMessage(ab, [ab]); // 转移所有权：零拷贝
// 注意：转移后 ab.byteLength 变为 0（已移交）

共享内存（SharedArrayBuffer + Atomics）

适合生产者/消费者模型、无锁并发计数等：

// 共享计数器
const sab = new SharedArrayBuffer(4);
const i32 = new Int32Array(sab);
Atomics.add(i32, 0, 1);                // 线程安全 + 可唤醒
const v = Atomics.load(i32, 0);

开启 SAB 需站点隔离头（COOP/COEP）等安全前置，生产环境再用。

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8）大小端（Endianness）不会？就记这条

• TypedArray 读写使用宿主平台的端序，但你几乎感知不到（因为它以"元素"为单位）。
• DataView 的 getUint32(offset, littleEndian) 必须显式传端序 来匹配协议规范。多数网络/文件协议是小端（比如 protobuf、WAV 等常见格式），也有大端的（例如某些老协议）。

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9）性能与内存小贴士

• 避免不必要的拷贝 ：优先使用 subarray/多视图共享一个 ArrayBuffer。
• 批量写入 ：typed.set(otherTyped, offset) 一次性写，比循环快。
• 复用缓冲区：频繁分配大 ArrayBuffer 会触发 GC；复用池更稳。
• 边界与对齐 ：Int16Array/Float32Array 等建议在对齐地址上读写（大多数 JS 引擎已优化，但跨平台解析二进制文件时自己保证结构体布局更稳）。
• BigInt 系列 ：BigInt64Array/BigUint64Array 只能与 BigInt 值互操作，不能与普通 number 混用。

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10）典型实战片段

A. 解析"结构体"头 + 后续 payload

function parsePacket(buf) {
  const dv = new DataView(buf);
  const len   = dv.getUint32(0, true);     // payload 长度 (LE)
  const type  = dv.getUint16(4, true);
  const flags = dv.getUint8(6);
  const payload = new Uint8Array(buf, 7, len); // 零拷贝视图
  return { len, type, flags, payload };
}

B. 拼接多个分片（零拷贝合并并不现实，需新缓冲）

function concat(chunks) {
  const total = chunks.reduce((s, c) => s + c.byteLength, 0);
  const out = new Uint8Array(total);
  let off = 0;
  for (const c of chunks) { out.set(c, off); off += c.byteLength; }
  return out;
}

C. Base64 ↔ Uint8Array（浏览器现代安全做法）

async function base64ToBytes(b64) {
  const res = await fetch(`data:application/octet-stream;base64,${b64}`);
  return new Uint8Array(await res.arrayBuffer());
}
function bytesToBase64(u8) {
  return btoa(String.fromCharCode(...u8)); // 小数据适用；大数据用分块
}

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11）常见坑

• 把普通 Array 当成二进制容器 ：会慢且占内存；用 Uint8Array。
• 误用 atob/btoa 处理 UTF-8 ：请用 TextEncoder/Decoder。
• 忘了端序 ：DataView 一律明确 littleEndian 参数。
• 滥用 slice 拷贝 ：先问自己能否 subarray。
• bigint 与 number 混用：在 BigInt TypedArray 中只能用 BigInt 值。
• 跨线程大量拷贝 ：使用 可转移对象（第二参数）或 SAB。

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结语

记住三件事：ArrayBuffer 是底座，TypedArray 读写同类数据，DataView 解析结构体与端序。把上面的模式背下来，你在前端处理任何二进制任务都会顺手很多。需要我把你项目里的某份二进制协议/文件格式（例如某设备上报、WAV/PNG/自定义包）用 TypedArray+DataView 写成解析器模板吗？