ES6的新特性（23）——ArrayBuffer

ArrayBuffer

ArrayBuffer對象、TypedArray視圖和DataView視圖是 JavaScript 操作二進制數據的一個接口。這些對象早就存在，屬於獨立的規格（2011 年 2 月發布），ES6 將它們納入了 ECMAScript 規格，並且增加了新的方法。它們都是以數組的語法處理二進制數據，所以統稱為二進制數組。

這個接口的原始設計目的，與 WebGL 項目有關。所謂 WebGL，就是指瀏覽器與顯卡之間的通信接口，為了滿足 JavaScript 與顯卡之間大量的、實時的數據交換，它們之間的數據通信必須是二進制的，而不能是傳統的文本格式。文本格式傳遞一個 32 位整數，兩端的 JavaScript 腳本與顯卡都要進行格式轉化，將非常耗時。這時要是存在一種機制，可以像 C 語言那樣，直接操作字節，將 4 個字節的 32 位整數，以二進制形式原封不動地送入顯卡，腳本的性能就會大幅提升。

二進制數組就是在這種背景下誕生的。它很像 C 語言的數組，允許開發者以數組下標的形式，直接操作內存，大大增強了 JavaScript 處理二進制數據的能力，使得開發者有可能通過 JavaScript 與操作系統的原生接口進行二進制通信。

二進制數組由三類對象組成。

（1）ArrayBuffer對象：代表內存之中的一段二進制數據，可以通過“視圖”進行操作。“視圖”部署了數組接口，這意味着，可以用數組的方法操作內存。

（2）TypedArray視圖：共包括 9 種類型的視圖，比如Uint8Array（無符號 8 位整數）數組視圖, Int16Array（16 位整數）數組視圖, Float32Array（32 位浮點數）數組視圖等等。

（3）DataView視圖：可以自定義復合格式的視圖，比如第一個字節是 Uint8（無符號 8 位整數）、第二、三個字節是 Int16（16 位整數）、第四個字節開始是 Float32（32 位浮點數）等等，此外還可以自定義字節序。

簡單說，ArrayBuffer對象代表原始的二進制數據，TypedArray 視圖用來讀寫簡單類型的二進制數據，DataView視圖用來讀寫復雜類型的二進制數據。

TypedArray 視圖支持的數據類型一共有 9 種（DataView視圖支持除Uint8C以外的其他 8 種）。

數據類型	字節長度	含義	對應的 C 語言類型
Int8	1	8 位帶符號整數	signed char
Uint8	1	8 位不帶符號整數	unsigned char
Uint8C	1	8 位不帶符號整數（自動過濾溢出）	unsigned char
Int16	2	16 位帶符號整數	short
Uint16	2	16 位不帶符號整數	unsigned short
Int32	4	32 位帶符號整數	int
Uint32	4	32 位不帶符號的整數	unsigned int
Float32	4	32 位浮點數	float
Float64	8	64 位浮點數	double

注意，二進制數組並不是真正的數組，而是類似數組的對象。

很多瀏覽器操作的 API，用到了二進制數組操作二進制數據，下面是其中的幾個。

• File API
• XMLHttpRequest
• Fetch API
• Canvas
• WebSockets

ArrayBuffer 對象

概述

ArrayBuffer對象代表儲存二進制數據的一段內存，它不能直接讀寫，只能通過視圖（TypedArray視圖和DataView視圖)來讀寫，視圖的作用是以指定格式解讀二進制數據。

ArrayBuffer也是一個構造函數，可以分配一段可以存放數據的連續內存區域。

const buf = new ArrayBuffer(32);

上面代碼生成了一段 32 字節的內存區域，每個字節的值默認都是 0。可以看到，ArrayBuffer構造函數的參數是所需要的內存大小（單位字節）。

為了讀寫這段內容，需要為它指定視圖。DataView視圖的創建，需要提供ArrayBuffer對象實例作為參數。

const buf = new ArrayBuffer(32);
const dataView = new DataView(buf);
dataView.getUint8(0) // 0

 

上面代碼對一段 32 字節的內存，建立DataView視圖，然后以不帶符號的 8 位整數格式，從頭讀取 8 位二進制數據，結果得到 0，因為原始內存的ArrayBuffer對象，默認所有位都是 0。

另一種 TypedArray 視圖，與DataView視圖的一個區別是，它不是一個構造函數，而是一組構造函數，代表不同的數據格式。

const buffer = new ArrayBuffer(12);

const x1 = new Int32Array(buffer);
x1[0] = 1;
const x2 = new Uint8Array(buffer);
x2[0]  = 2;

x1[0] // 2

 

上面代碼對同一段內存，分別建立兩種視圖：32 位帶符號整數（Int32Array構造函數）和 8 位不帶符號整數（Uint8Array構造函數）。由於兩個視圖對應的是同一段內存，一個視圖修改底層內存，會影響到另一個視圖。

TypedArray 視圖的構造函數，除了接受ArrayBuffer實例作為參數，還可以接受普通數組作為參數，直接分配內存生成底層的ArrayBuffer實例，並同時完成對這段內存的賦值。

const typedArray = new Uint8Array([0,1,2]);
typedArray.length // 3

typedArray[0] = 5;
typedArray // [5, 1, 2]

 

上面代碼使用 TypedArray 視圖的Uint8Array構造函數，新建一個不帶符號的 8 位整數視圖。可以看到，Uint8Array直接使用普通數組作為參數，對底層內存的賦值同時完成。

ArrayBuffer.prototype.byteLength

ArrayBuffer實例的byteLength屬性，返回所分配的內存區域的字節長度。

const buffer = new ArrayBuffer(32);
buffer.byteLength
// 32

 

如果要分配的內存區域很大，有可能分配失敗（因為沒有那么多的連續空余內存），所以有必要檢查是否分配成功。

if (buffer.byteLength === n) { // 成功 } else { // 失敗 }Copy to clipboardErrorCopied

ArrayBuffer.prototype.slice()

ArrayBuffer實例有一個slice方法，允許將內存區域的一部分，拷貝生成一個新的ArrayBuffer對象。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
const newBuffer = buffer.slice(0, 3);

 

上面代碼拷貝buffer對象的前 3 個字節（從 0 開始，到第 3 個字節前面結束），生成一個新的ArrayBuffer對象。slice方法其實包含兩步，第一步是先分配一段新內存，第二步是將原來那個ArrayBuffer對象拷貝過去。

slice方法接受兩個參數，第一個參數表示拷貝開始的字節序號（含該字節），第二個參數表示拷貝截止的字節序號（不含該字節）。如果省略第二個參數，則默認到原ArrayBuffer對象的結尾。

除了slice方法，ArrayBuffer對象不提供任何直接讀寫內存的方法，只允許在其上方建立視圖，然后通過視圖讀寫。

ArrayBuffer.isView()

ArrayBuffer有一個靜態方法isView，返回一個布爾值，表示參數是否為ArrayBuffer的視圖實例。這個方法大致相當於判斷參數，是否為 TypedArray 實例或DataView實例。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
ArrayBuffer.isView(buffer) // false

const v = new Int32Array(buffer);
ArrayBuffer.isView(v) // true

 

TypedArray 視圖

概述

ArrayBuffer對象作為內存區域，可以存放多種類型的數據。同一段內存，不同數據有不同的解讀方式，這就叫做“視圖”（view）。ArrayBuffer有兩種視圖，一種是 TypedArray 視圖，另一種是DataView視圖。前者的數組成員都是同一個數據類型，后者的數組成員可以是不同的數據類型。

目前，TypedArray 視圖一共包括 9 種類型，每一種視圖都是一種構造函數。

• Int8Array：8 位有符號整數，長度 1 個字節。
• Uint8Array：8 位無符號整數，長度 1 個字節。
• Uint8ClampedArray：8 位無符號整數，長度 1 個字節，溢出處理不同。
• Int16Array：16 位有符號整數，長度 2 個字節。
• Uint16Array：16 位無符號整數，長度 2 個字節。
• Int32Array：32 位有符號整數，長度 4 個字節。
• Uint32Array：32 位無符號整數，長度 4 個字節。
• Float32Array：32 位浮點數，長度 4 個字節。
• Float64Array：64 位浮點數，長度 8 個字節。

這 9 個構造函數生成的數組，統稱為 TypedArray 視圖。它們很像普通數組，都有length屬性，都能用方括號運算符（[]）獲取單個元素，所有數組的方法，在它們上面都能使用。普通數組與 TypedArray 數組的差異主要在以下方面。

• TypedArray 數組的所有成員，都是同一種類型。
• TypedArray 數組的成員是連續的，不會有空位。
• TypedArray 數組成員的默認值為 0。比如，new Array(10)返回一個普通數組，里面沒有任何成員，只是 10 個空位；new Uint8Array(10)返回一個 TypedArray 數組，里面 10 個成員都是 0。
• TypedArray 數組只是一層視圖，本身不儲存數據，它的數據都儲存在底層的ArrayBuffer對象之中，要獲取底層對象必須使用buffer屬性。

構造函數

TypedArray 數組提供 9 種構造函數，用來生成相應類型的數組實例。

構造函數有多種用法。

（1）TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)

同一個ArrayBuffer對象之上，可以根據不同的數據類型，建立多個視圖。

// 創建一個8字節的ArrayBuffer
const b = new ArrayBuffer(8);

// 創建一個指向b的Int32視圖，開始於字節0，直到緩沖區的末尾
const v1 = new Int32Array(b);

// 創建一個指向b的Uint8視圖，開始於字節2，直到緩沖區的末尾
const v2 = new Uint8Array(b, 2);

// 創建一個指向b的Int16視圖，開始於字節2，長度為2
const v3 = new Int16Array(b, 2, 2);

 

上面代碼在一段長度為 8 個字節的內存（b）之上，生成了三個視圖：v1、v2和v3。

視圖的構造函數可以接受三個參數：

• 第一個參數（必需）：視圖對應的底層ArrayBuffer對象。
• 第二個參數（可選）：視圖開始的字節序號，默認從 0 開始。
• 第三個參數（可選）：視圖包含的數據個數，默認直到本段內存區域結束。

因此，v1、v2和v3是重疊的：v1[0]是一個 32 位整數，指向字節 0 ～字節 3；v2[0]是一個 8 位無符號整數，指向字節 2；v3[0]是一個 16 位整數，指向字節 2 ～字節 3。只要任何一個視圖對內存有所修改，就會在另外兩個視圖上反應出來。

注意，byteOffset必須與所要建立的數據類型一致，否則會報錯。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
const i16 = new Int16Array(buffer, 1);
// Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2

 

上面代碼中，新生成一個 8 個字節的ArrayBuffer對象，然后在這個對象的第一個字節，建立帶符號的 16 位整數視圖，結果報錯。因為，帶符號的 16 位整數需要兩個字節，所以byteOffset參數必須能夠被 2 整除。

如果想從任意字節開始解讀ArrayBuffer對象，必須使用DataView視圖，因為 TypedArray 視圖只提供 9 種固定的解讀格式。

（2）TypedArray(length)

視圖還可以不通過ArrayBuffer對象，直接分配內存而生成。

const f64a = new Float64Array(8);
f64a[0] = 10;
f64a[1] = 20;
f64a[2] = f64a[0] + f64a[1];

 

上面代碼生成一個 8 個成員的Float64Array數組（共 64 字節），然后依次對每個成員賦值。這時，視圖構造函數的參數就是成員的個數。可以看到，視圖數組的賦值操作與普通數組的操作毫無兩樣。

（3）TypedArray(typedArray)

TypedArray 數組的構造函數，可以接受另一個 TypedArray 實例作為參數。

const typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4));

 

上面代碼中，Int8Array構造函數接受一個Uint8Array實例作為參數。

注意，此時生成的新數組，只是復制了參數數組的值，對應的底層內存是不一樣的。新數組會開辟一段新的內存儲存數據，不會在原數組的內存之上建立視圖。

const x = new Int8Array([1, 1]);
const y = new Int8Array(x);
x[0] // 1
y[0] // 1

x[0] = 2;
y[0] // 1

 

上面代碼中，數組y是以數組x為模板而生成的，當x變動的時候，y並沒有變動。

如果想基於同一段內存，構造不同的視圖，可以采用下面的寫法。

const x = new Int8Array([1, 1]);
const y = new Int8Array(x.buffer);
x[0] // 1
y[0] // 1

x[0] = 2;
y[0] // 2

 

（4）TypedArray(arrayLikeObject)

構造函數的參數也可以是一個普通數組，然后直接生成 TypedArray 實例。

const typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]);

 

注意，這時 TypedArray 視圖會重新開辟內存，不會在原數組的內存上建立視圖。

上面代碼從一個普通的數組，生成一個 8 位無符號整數的 TypedArray 實例。

TypedArray 數組也可以轉換回普通數組。

const normalArray = [...typedArray];
// or
const normalArray = Array.from(typedArray);
// or
const normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray);

 

數組方法

普通數組的操作方法和屬性，對 TypedArray 數組完全適用。

• TypedArray.prototype.copyWithin(target, start[, end = this.length])
• TypedArray.prototype.entries()
• TypedArray.prototype.every(callbackfn, thisArg?)
• TypedArray.prototype.fill(value, start=0, end=this.length)
• TypedArray.prototype.filter(callbackfn, thisArg?)
• TypedArray.prototype.find(predicate, thisArg?)
• TypedArray.prototype.findIndex(predicate, thisArg?)
• TypedArray.prototype.forEach(callbackfn, thisArg?)
• TypedArray.prototype.indexOf(searchElement, fromIndex=0)
• TypedArray.prototype.join(separator)
• TypedArray.prototype.keys()
• TypedArray.prototype.lastIndexOf(searchElement, fromIndex?)
• TypedArray.prototype.map(callbackfn, thisArg?)
• TypedArray.prototype.reduce(callbackfn, initialValue?)
• TypedArray.prototype.reduceRight(callbackfn, initialValue?)
• TypedArray.prototype.reverse()
• TypedArray.prototype.slice(start=0, end=this.length)
• TypedArray.prototype.some(callbackfn, thisArg?)
• TypedArray.prototype.sort(comparefn)
• TypedArray.prototype.toLocaleString(reserved1?, reserved2?)
• TypedArray.prototype.toString()
• TypedArray.prototype.values()

上面所有方法的用法，請參閱數組方法的介紹，這里不再重復了。

注意，TypedArray 數組沒有concat方法。如果想要合並多個 TypedArray 數組，可以用下面這個函數。

function concatenate(resultConstructor, ...arrays) {
  let totalLength = 0;
  for (let arr of arrays) {
    totalLength += arr.length;
  }
  let result = new resultConstructor(totalLength);
  let offset = 0;
  for (let arr of arrays) {
    result.set(arr, offset);
    offset += arr.length;
  }
  return result;
}

concatenate(Uint8Array, Uint8Array.of(1, 2), Uint8Array.of(3, 4))
// Uint8Array [1, 2, 3, 4]

 

另外，TypedArray 數組與普通數組一樣，部署了 Iterator 接口，所以可以被遍歷。

let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
for (let byte of ui8) {
  console.log(byte);
}
// 0
// 1
// 2

 

字節序

字節序指的是數值在內存中的表示方式。

const buffer = new ArrayBuffer(16);
const int32View = new Int32Array(buffer);

for (let i = 0; i < int32View.length; i++) {
  int32View[i] = i * 2;
}

 

上面代碼生成一個 16 字節的ArrayBuffer對象，然后在它的基礎上，建立了一個 32 位整數的視圖。由於每個 32 位整數占據 4 個字節，所以一共可以寫入 4 個整數，依次為 0，2，4，6。

如果在這段數據上接着建立一個 16 位整數的視圖，則可以讀出完全不一樣的結果。

const int16View = new Int16Array(buffer);

for (let i = 0; i < int16View.length; i++) {
  console.log("Entry " + i + ": " + int16View[i]);
}
// Entry 0: 0
// Entry 1: 0
// Entry 2: 2
// Entry 3: 0
// Entry 4: 4
// Entry 5: 0
// Entry 6: 6
// Entry 7: 0

 

由於每個 16 位整數占據 2 個字節，所以整個ArrayBuffer對象現在分成 8 段。然后，由於 x86 體系的計算機都采用小端字節序（little endian），相對重要的字節排在后面的內存地址，相對不重要字節排在前面的內存地址，所以就得到了上面的結果。

比如，一個占據四個字節的 16 進制數0x12345678，決定其大小的最重要的字節是“12”，最不重要的是“78”。小端字節序將最不重要的字節排在前面，儲存順序就是78563412；大端字節序則完全相反，將最重要的字節排在前面，儲存順序就是12345678。目前，所有個人電腦幾乎都是小端字節序，所以 TypedArray 數組內部也采用小端字節序讀寫數據，或者更准確的說，按照本機操作系統設定的字節序讀寫數據。

這並不意味大端字節序不重要，事實上，很多網絡設備和特定的操作系統采用的是大端字節序。這就帶來一個嚴重的問題：如果一段數據是大端字節序，TypedArray 數組將無法正確解析，因為它只能處理小端字節序！為了解決這個問題，JavaScript 引入DataView對象，可以設定字節序，下文會詳細介紹。

下面是另一個例子。

// 假定某段buffer包含如下字節 [0x02, 0x01, 0x03, 0x07]
const buffer = new ArrayBuffer(4);
const v1 = new Uint8Array(buffer);
v1[0] = 2;
v1[1] = 1;
v1[2] = 3;
v1[3] = 7;

const uInt16View = new Uint16Array(buffer);

// 計算機采用小端字節序
// 所以頭兩個字節等於258
if (uInt16View[0] === 258) {
  console.log('OK'); // "OK"
}

// 賦值運算
uInt16View[0] = 255;    // 字節變為[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07]
uInt16View[0] = 0xff05; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07]
uInt16View[1] = 0x0210; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02]

 

下面的函數可以用來判斷，當前視圖是小端字節序，還是大端字節序。

const BIG_ENDIAN = Symbol('BIG_ENDIAN');
const LITTLE_ENDIAN = Symbol('LITTLE_ENDIAN');

function getPlatformEndianness() {
  let arr32 = Uint32Array.of(0x12345678);
  let arr8 = new Uint8Array(arr32.buffer);
  switch ((arr8[0]*0x1000000) + (arr8[1]*0x10000) + (arr8[2]*0x100) + (arr8[3])) {
    case 0x12345678:
      return BIG_ENDIAN;
    case 0x78563412:
      return LITTLE_ENDIAN;
    default:
      throw new Error('Unknown endianness');
  }
}

 

總之，與普通數組相比，TypedArray 數組的最大優點就是可以直接操作內存，不需要數據類型轉換，所以速度快得多。

BYTES_PER_ELEMENT 屬性

每一種視圖的構造函數，都有一個BYTES_PER_ELEMENT屬性，表示這種數據類型占據的字節數。

Int8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Int16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Uint16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float64Array.BYTES_PER_ELEMENT // 8

 

這個屬性在 TypedArray 實例上也能獲取，即有TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT。

ArrayBuffer 與字符串的互相轉換

ArrayBuffer轉為字符串，或者字符串轉為ArrayBuffer，有一個前提，即字符串的編碼方法是確定的。假定字符串采用 UTF-16 編碼（JavaScript 的內部編碼方式），可以自己編寫轉換函數。

// ArrayBuffer 轉為字符串，參數為 ArrayBuffer 對象
function ab2str(buf) {
  // 注意，如果是大型二進制數組，為了避免溢出，
  // 必須一個一個字符地轉
  if (buf && buf.byteLength < 1024) {
    return String.fromCharCode.apply(null, new Uint16Array(buf));
  }

  const bufView = new Uint16Array(buf);
  const len =  bufView.length;
  const bstr = new Array(len);
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    bstr[i] = String.fromCharCode.call(null, bufView[i]);
  }
  return bstr.join('');
}

// 字符串轉為 ArrayBuffer 對象，參數為字符串
function str2ab(str) {
  const buf = new ArrayBuffer(str.length * 2); // 每個字符占用2個字節
  const bufView = new Uint16Array(buf);
  for (let i = 0, strLen = str.length; i < strLen; i++) {
    bufView[i] = str.charCodeAt(i);
  }
  return buf;
}

 

溢出

不同的視圖類型，所能容納的數值范圍是確定的。超出這個范圍，就會出現溢出。比如，8 位視圖只能容納一個 8 位的二進制值，如果放入一個 9 位的值，就會溢出。

TypedArray 數組的溢出處理規則，簡單來說，就是拋棄溢出的位，然后按照視圖類型進行解釋。

const uint8 = new Uint8Array(1);

uint8[0] = 256;
uint8[0] // 0

uint8[0] = -1;
uint8[0] // 255

 

上面代碼中，uint8是一個 8 位視圖，而 256 的二進制形式是一個 9 位的值100000000，這時就會發生溢出。根據規則，只會保留后 8 位，即00000000。uint8視圖的解釋規則是無符號的 8 位整數，所以00000000就是0。

負數在計算機內部采用“2 的補碼”表示，也就是說，將對應的正數值進行否運算，然后加1。比如，-1對應的正值是1，進行否運算以后，得到11111110，再加上1就是補碼形式11111111。uint8按照無符號的 8 位整數解釋11111111，返回結果就是255。

一個簡單轉換規則，可以這樣表示。

• 正向溢出（overflow）：當輸入值大於當前數據類型的最大值，結果等於當前數據類型的最小值加上余值，再減去 1。
• 負向溢出（underflow）：當輸入值小於當前數據類型的最小值，結果等於當前數據類型的最大值減去余值，再加上 1。

上面的“余值”就是模運算的結果，即 JavaScript 里面的%運算符的結果。

12 % 4 // 0
12 % 5 // 2

 

上面代碼中，12 除以 4 是沒有余值的，而除以 5 會得到余值 2。

請看下面的例子。

const int8 = new Int8Array(1);

int8[0] = 128;
int8[0] // -128

int8[0] = -129;
int8[0] // 127

 

上面例子中，int8是一個帶符號的 8 位整數視圖，它的最大值是 127，最小值是-128。輸入值為128時，相當於正向溢出1，根據“最小值加上余值（128 除以 127 的余值是 1），再減去 1”的規則，就會返回-128；輸入值為-129時，相當於負向溢出1，根據“最大值減去余值（-129 除以-128 的余值是 1），再加上 1”的規則，就會返回127。

Uint8ClampedArray視圖的溢出規則，與上面的規則不同。它規定，凡是發生正向溢出，該值一律等於當前數據類型的最大值，即 255；如果發生負向溢出，該值一律等於當前數據類型的最小值，即 0。

const uint8c = new Uint8ClampedArray(1);

uint8c[0] = 256;
uint8c[0] // 255

uint8c[0] = -1;
uint8c[0] // 0

 

上面例子中，uint8C是一個Uint8ClampedArray視圖，正向溢出時都返回 255，負向溢出都返回 0。

TypedArray.prototype.buffer

TypedArray 實例的buffer屬性，返回整段內存區域對應的ArrayBuffer對象。該屬性為只讀屬性。

const a = new Float32Array(64);
const b = new Uint8Array(a.buffer);

 

上面代碼的a視圖對象和b視圖對象，對應同一個ArrayBuffer對象，即同一段內存。

TypedArray.prototype.byteLength，TypedArray.prototype.byteOffset

byteLength屬性返回 TypedArray 數組占據的內存長度，單位為字節。byteOffset屬性返回 TypedArray 數組從底層ArrayBuffer對象的哪個字節開始。這兩個屬性都是只讀屬性。

const b = new ArrayBuffer(8);

const v1 = new Int32Array(b);
const v2 = new Uint8Array(b, 2);
const v3 = new Int16Array(b, 2, 2);

v1.byteLength // 8
v2.byteLength // 6
v3.byteLength // 4

v1.byteOffset // 0
v2.byteOffset // 2
v3.byteOffset // 2

 

TypedArray.prototype.length

length屬性表示 TypedArray 數組含有多少個成員。注意將byteLength屬性和length屬性區分，前者是字節長度，后者是成員長度。

const a = new Int16Array(8);

a.length // 8
a.byteLength // 16

 

TypedArray.prototype.set()

TypedArray 數組的set方法用於復制數組（普通數組或 TypedArray 數組），也就是將一段內容完全復制到另一段內存。

const a = new Uint8Array(8);
const b = new Uint8Array(8);

b.set(a);

 

上面代碼復制a數組的內容到b數組，它是整段內存的復制，比一個個拷貝成員的那種復制快得多。

set方法還可以接受第二個參數，表示從b對象的哪一個成員開始復制a對象。

const a = new Uint16Array(8);
const b = new Uint16Array(10);

b.set(a, 2)

 

上面代碼的b數組比a數組多兩個成員，所以從b[2]開始復制。

TypedArray.prototype.subarray()

subarray方法是對於 TypedArray 數組的一部分，再建立一個新的視圖。

const a = new Uint16Array(8);
const b = a.subarray(2,3);

a.byteLength // 16
b.byteLength // 2

 

subarray方法的第一個參數是起始的成員序號，第二個參數是結束的成員序號（不含該成員），如果省略則包含剩余的全部成員。所以，上面代碼的a.subarray(2,3)，意味着 b 只包含a[2]一個成員，字節長度為 2。

TypedArray.prototype.slice()

TypeArray 實例的slice方法，可以返回一個指定位置的新的 TypedArray 實例。

let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
ui8.slice(-1)
// Uint8Array [ 2 ]

 

上面代碼中，ui8是 8 位無符號整數數組視圖的一個實例。它的slice方法可以從當前視圖之中，返回一個新的視圖實例。

slice方法的參數，表示原數組的具體位置，開始生成新數組。負值表示逆向的位置，即-1 為倒數第一個位置，-2 表示倒數第二個位置，以此類推。

TypedArray.of()

TypedArray 數組的所有構造函數，都有一個靜態方法of，用於將參數轉為一個 TypedArray 實例。

Float32Array.of(0.151, -8, 3.7)
// Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ]

 

下面三種方法都會生成同樣一個 TypedArray 數組。

// 方法一
let tarr = new Uint8Array([1,2,3]);

// 方法二
let tarr = Uint8Array.of(1,2,3);

// 方法三
let tarr = new Uint8Array(3);
tarr[0] = 1;
tarr[1] = 2;
tarr[2] = 3;

 

TypedArray.from()

靜態方法from接受一個可遍歷的數據結構（比如數組）作為參數，返回一個基於這個結構的 TypedArray 實例。

Uint16Array.from([0, 1, 2])
// Uint16Array [ 0, 1, 2 ]

 

這個方法還可以將一種 TypedArray 實例，轉為另一種。

const ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2));
ui16 instanceof Uint16Array // true

 

from方法還可以接受一個函數，作為第二個參數，用來對每個元素進行遍歷，功能類似map方法。

Int8Array.of(127, 126, 125).map(x => 2 * x)
// Int8Array [ -2, -4, -6 ]

Int16Array.from(Int8Array.of(127, 126, 125), x => 2 * x)
// Int16Array [ 254, 252, 250 ]

 

上面的例子中，from方法沒有發生溢出，這說明遍歷不是針對原來的 8 位整數數組。也就是說，from會將第一個參數指定的 TypedArray 數組，拷貝到另一段內存之中，處理之后再將結果轉成指定的數組格式。

復合視圖

由於視圖的構造函數可以指定起始位置和長度，所以在同一段內存之中，可以依次存放不同類型的數據，這叫做“復合視圖”。

const buffer = new ArrayBuffer(24);

const idView = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
const usernameView = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
const amountDueView = new Float32Array(buffer, 20, 1);

 

上面代碼將一個 24 字節長度的ArrayBuffer對象，分成三個部分：

• 字節 0 到字節 3：1 個 32 位無符號整數
• 字節 4 到字節 19：16 個 8 位整數
• 字節 20 到字節 23：1 個 32 位浮點數

這種數據結構可以用如下的 C 語言描述：

struct someStruct {
  unsigned long id;
  char username[16];
  float amountDue;
};

 

DataView 視圖

如果一段數據包括多種類型（比如服務器傳來的 HTTP 數據），這時除了建立ArrayBuffer對象的復合視圖以外，還可以通過DataView視圖進行操作。

DataView視圖提供更多操作選項，而且支持設定字節序。本來，在設計目的上，ArrayBuffer對象的各種 TypedArray 視圖，是用來向網卡、聲卡之類的本機設備傳送數據，所以使用本機的字節序就可以了；而DataView視圖的設計目的，是用來處理網絡設備傳來的數據，所以大端字節序或小端字節序是可以自行設定的。

DataView視圖本身也是構造函數，接受一個ArrayBuffer對象作為參數，生成視圖。

DataView(ArrayBuffer buffer [, 字節起始位置 [, 長度]]);

 

下面是一個例子。

const buffer = new ArrayBuffer(24);
const dv = new DataView(buffer);

 

DataView實例有以下屬性，含義與 TypedArray 實例的同名方法相同。

• DataView.prototype.buffer：返回對應的 ArrayBuffer 對象
• DataView.prototype.byteLength：返回占據的內存字節長度
• DataView.prototype.byteOffset：返回當前視圖從對應的 ArrayBuffer 對象的哪個字節開始

DataView實例提供 8 個方法讀取內存。

• getInt8：讀取 1 個字節，返回一個 8 位整數。
• getUint8：讀取 1 個字節，返回一個無符號的 8 位整數。
• getInt16：讀取 2 個字節，返回一個 16 位整數。
• getUint16：讀取 2 個字節，返回一個無符號的 16 位整數。
• getInt32：讀取 4 個字節，返回一個 32 位整數。
• getUint32：讀取 4 個字節，返回一個無符號的 32 位整數。
• getFloat32：讀取 4 個字節，返回一個 32 位浮點數。
• getFloat64：讀取 8 個字節，返回一個 64 位浮點數。

這一系列get方法的參數都是一個字節序號（不能是負數，否則會報錯），表示從哪個字節開始讀取。

const buffer = new ArrayBuffer(24);
const dv = new DataView(buffer);

// 從第1個字節讀取一個8位無符號整數
const v1 = dv.getUint8(0);

// 從第2個字節讀取一個16位無符號整數
const v2 = dv.getUint16(1);

// 從第4個字節讀取一個16位無符號整數
const v3 = dv.getUint16(3);

 

上面代碼讀取了ArrayBuffer對象的前 5 個字節，其中有一個 8 位整數和兩個十六位整數。

如果一次讀取兩個或兩個以上字節，就必須明確數據的存儲方式，到底是小端字節序還是大端字節序。默認情況下，DataView的get方法使用大端字節序解讀數據，如果需要使用小端字節序解讀，必須在get方法的第二個參數指定true。

// 小端字節序
const v1 = dv.getUint16(1, true);

// 大端字節序
const v2 = dv.getUint16(3, false);

// 大端字節序
const v3 = dv.getUint16(3);

 

DataView 視圖提供 8 個方法寫入內存。

• setInt8：寫入 1 個字節的 8 位整數。
• setUint8：寫入 1 個字節的 8 位無符號整數。
• setInt16：寫入 2 個字節的 16 位整數。
• setUint16：寫入 2 個字節的 16 位無符號整數。
• setInt32：寫入 4 個字節的 32 位整數。
• setUint32：寫入 4 個字節的 32 位無符號整數。
• setFloat32：寫入 4 個字節的 32 位浮點數。
• setFloat64：寫入 8 個字節的 64 位浮點數。

這一系列set方法，接受兩個參數，第一個參數是字節序號，表示從哪個字節開始寫入，第二個參數為寫入的數據。對於那些寫入兩個或兩個以上字節的方法，需要指定第三個參數，false或者undefined表示使用大端字節序寫入，true表示使用小端字節序寫入。

// 在第1個字節，以大端字節序寫入值為25的32位整數
dv.setInt32(0, 25, false);

// 在第5個字節，以大端字節序寫入值為25的32位整數
dv.setInt32(4, 25);

// 在第9個字節，以小端字節序寫入值為2.5的32位浮點數
dv.setFloat32(8, 2.5, true);

 

如果不確定正在使用的計算機的字節序，可以采用下面的判斷方式。

const littleEndian = (function() {
  const buffer = new ArrayBuffer(2);
  new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true);
  return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();

 

如果返回true，就是小端字節序；如果返回false，就是大端字節序。

二進制數組的應用

大量的 Web API 用到了ArrayBuffer對象和它的視圖對象。

AJAX

傳統上，服務器通過 AJAX 操作只能返回文本數據，即responseType屬性默認為text。XMLHttpRequest第二版XHR2允許服務器返回二進制數據，這時分成兩種情況。如果明確知道返回的二進制數據類型，可以把返回類型（responseType）設為arraybuffer；如果不知道，就設為blob。

let xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open('GET', someUrl);
xhr.responseType = 'arraybuffer';

xhr.onload = function () {
  let arrayBuffer = xhr.response;
  // ···
};

xhr.send();

 

如果知道傳回來的是 32 位整數，可以像下面這樣處理。

xhr.onreadystatechange = function () {
  if (req.readyState === 4 ) {
    const arrayResponse = xhr.response;
    const dataView = new DataView(arrayResponse);
    const ints = new Uint32Array(dataView.byteLength / 4);

    xhrDiv.style.backgroundColor = "#00FF00";
    xhrDiv.innerText = "Array is " + ints.length + "uints long";
  }
}

 

Canvas

網頁Canvas元素輸出的二進制像素數據，就是 TypedArray 數組。

const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

const imageData = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
const uint8ClampedArray = imageData.data;

 

需要注意的是，上面代碼的uint8ClampedArray雖然是一個 TypedArray 數組，但是它的視圖類型是一種針對Canvas元素的專有類型Uint8ClampedArray。這個視圖類型的特點，就是專門針對顏色，把每個字節解讀為無符號的 8 位整數，即只能取值 0 ～ 255，而且發生運算的時候自動過濾高位溢出。這為圖像處理帶來了巨大的方便。

舉例來說，如果把像素的顏色值設為Uint8Array類型，那么乘以一個 gamma 值的時候，就必須這樣計算：

u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma));

 

因為Uint8Array類型對於大於 255 的運算結果（比如0xFF+1），會自動變為0x00，所以圖像處理必須要像上面這樣算。這樣做很麻煩，而且影響性能。如果將顏色值設為Uint8ClampedArray類型，計算就簡化許多。

pixels[i] *= gamma;

 

Uint8ClampedArray類型確保將小於 0 的值設為 0，將大於 255 的值設為 255。注意，IE 10 不支持該類型。

WebSocket

WebSocket可以通過ArrayBuffer，發送或接收二進制數據。

let socket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8081');
socket.binaryType = 'arraybuffer';

// Wait until socket is open
socket.addEventListener('open', function (event) {
  // Send binary data
  const typedArray = new Uint8Array(4);
  socket.send(typedArray.buffer);
});

// Receive binary data
socket.addEventListener('message', function (event) {
  const arrayBuffer = event.data;
  // ···
});

 

Fetch API

Fetch API 取回的數據，就是ArrayBuffer對象。

fetch(url)
.then(function(response){
  return response.arrayBuffer()
})
.then(function(arrayBuffer){
  // ...
});

 

File API

如果知道一個文件的二進制數據類型，也可以將這個文件讀取為ArrayBuffer對象。

const fileInput = document.getElementById('fileInput');
const file = fileInput.files[0];
const reader = new FileReader();
reader.readAsArrayBuffer(file);
reader.onload = function () {
  const arrayBuffer = reader.result;
  // ···
};

 

下面以處理 bmp 文件為例。假定file變量是一個指向 bmp 文件的文件對象，首先讀取文件。

const reader = new FileReader();
reader.addEventListener("load", processimage, false);
reader.readAsArrayBuffer(file);

 

然后，定義處理圖像的回調函數：先在二進制數據之上建立一個DataView視圖，再建立一個bitmap對象，用於存放處理后的數據，最后將圖像展示在Canvas元素之中。

function processimage(e) {
  const buffer = e.target.result;
  const datav = new DataView(buffer);
  const bitmap = {};
  // 具體的處理步驟
}

 

具體處理圖像數據時，先處理 bmp 的文件頭。具體每個文件頭的格式和定義，請參閱有關資料。

bitmap.fileheader = {};
bitmap.fileheader.bfType = datav.getUint16(0, true);
bitmap.fileheader.bfSize = datav.getUint32(2, true);
bitmap.fileheader.bfReserved1 = datav.getUint16(6, true);
bitmap.fileheader.bfReserved2 = datav.getUint16(8, true);
bitmap.fileheader.bfOffBits = datav.getUint32(10, true);

 

接着處理圖像元信息部分。

bitmap.infoheader = {};
bitmap.infoheader.biSize = datav.getUint32(14, true);
bitmap.infoheader.biWidth = datav.getUint32(18, true);
bitmap.infoheader.biHeight = datav.getUint32(22, true);
bitmap.infoheader.biPlanes = datav.getUint16(26, true);
bitmap.infoheader.biBitCount = datav.getUint16(28, true);
bitmap.infoheader.biCompression = datav.getUint32(30, true);
bitmap.infoheader.biSizeImage = datav.getUint32(34, true);
bitmap.infoheader.biXPelsPerMeter = datav.getUint32(38, true);
bitmap.infoheader.biYPelsPerMeter = datav.getUint32(42, true);
bitmap.infoheader.biClrUsed = datav.getUint32(46, true);
bitmap.infoheader.biClrImportant = datav.getUint32(50, true);

 

最后處理圖像本身的像素信息。

const start = bitmap.fileheader.bfOffBits;
bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start);

 

至此，圖像文件的數據全部處理完成。下一步，可以根據需要，進行圖像變形，或者轉換格式，或者展示在Canvas網頁元素之中。

SharedArrayBuffer

JavaScript 是單線程的，Web worker 引入了多線程：主線程用來與用戶互動，Worker 線程用來承擔計算任務。每個線程的數據都是隔離的，通過postMessage()通信。下面是一個例子。

// 主線程
const w = new Worker('myworker.js');

 

上面代碼中，主線程新建了一個 Worker 線程。該線程與主線程之間會有一個通信渠道，主線程通過w.postMessage向 Worker 線程發消息，同時通過message事件監聽 Worker 線程的回應。

// 主線程
w.postMessage('hi');
w.onmessage = function (ev) {
  console.log(ev.data);
}

 

上面代碼中，主線程先發一個消息hi，然后在監聽到 Worker 線程的回應后，就將其打印出來。

Worker 線程也是通過監聽message事件，來獲取主線程發來的消息，並作出反應。

// Worker 線程
onmessage = function (ev) {
  console.log(ev.data);
  postMessage('ho');
}

 

線程之間的數據交換可以是各種格式，不僅僅是字符串，也可以是二進制數據。這種交換采用的是復制機制，即一個進程將需要分享的數據復制一份，通過postMessage方法交給另一個進程。如果數據量比較大，這種通信的效率顯然比較低。很容易想到，這時可以留出一塊內存區域，由主線程與 Worker 線程共享，兩方都可以讀寫，那么就會大大提高效率，協作起來也會比較簡單（不像postMessage那么麻煩）。

ES2017 引入SharedArrayBuffer，允許 Worker 線程與主線程共享同一塊內存。SharedArrayBuffer的 API 與ArrayBuffer一模一樣，唯一的區別是后者無法共享。

// 主線程

// 新建 1KB 共享內存
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

// 主線程將共享內存的地址發送出去
w.postMessage(sharedBuffer);

// 在共享內存上建立視圖，供寫入數據
const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);

 

上面代碼中，postMessage方法的參數是SharedArrayBuffer對象。

Worker 線程從事件的data屬性上面取到數據。

// Worker 線程
onmessage = function (ev) {
  // 主線程共享的數據，就是 1KB 的共享內存
  const sharedBuffer = ev.data;

  // 在共享內存上建立視圖，方便讀寫
  const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);

  // ...
};

 

共享內存也可以在 Worker 線程創建，發給主線程。

SharedArrayBuffer與ArrayBuffer一樣，本身是無法讀寫的，必須在上面建立視圖，然后通過視圖讀寫。

// 分配 10 萬個 32 位整數占據的內存空間
const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000);

// 建立 32 位整數視圖
const ia = new Int32Array(sab);  // ia.length == 100000

// 新建一個質數生成器
const primes = new PrimeGenerator();

// 將 10 萬個質數，寫入這段內存空間
for ( let i=0 ; i < ia.length ; i++ )
  ia[i] = primes.next();

// 向 Worker 線程發送這段共享內存
w.postMessage(ia);

 

Worker 線程收到數據后的處理如下。

// Worker 線程
let ia;
onmessage = function (ev) {
  ia = ev.data;
  console.log(ia.length); // 100000
  console.log(ia[37]); // 輸出 163，因為這是第38個質數
};

 

Atomics 對象

多線程共享內存，最大的問題就是如何防止兩個線程同時修改某個地址，或者說，當一個線程修改共享內存以后，必須有一個機制讓其他線程同步。SharedArrayBuffer API 提供Atomics對象，保證所有共享內存的操作都是“原子性”的，並且可以在所有線程內同步。

什么叫“原子性操作”呢？現代編程語言中，一條普通的命令被編譯器處理以后，會變成多條機器指令。如果是單線程運行，這是沒有問題的；多線程環境並且共享內存時，就會出問題，因為這一組機器指令的運行期間，可能會插入其他線程的指令，從而導致運行結果出錯。請看下面的例子。

// 主線程
ia[42] = 314159;  // 原先的值 191
ia[37] = 123456;  // 原先的值 163

// Worker 線程
console.log(ia[37]);
console.log(ia[42]);
// 可能的結果
// 123456
// 191

 

上面代碼中，主線程的原始順序是先對 42 號位置賦值，再對 37 號位置賦值。但是，編譯器和 CPU 為了優化，可能會改變這兩個操作的執行順序（因為它們之間互不依賴），先對 37 號位置賦值，再對 42 號位置賦值。而執行到一半的時候，Worker 線程可能就會來讀取數據，導致打印出123456和191。

下面是另一個例子。

// 主線程
const sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 100000);
const ia = new Int32Array(sab);

for (let i = 0; i < ia.length; i++) {
  ia[i] = primes.next(); // 將質數放入 ia
}

// worker 線程
ia[112]++; // 錯誤
Atomics.add(ia, 112, 1); // 正確

 

上面代碼中，Worker 線程直接改寫共享內存ia[112]++是不正確的。因為這行語句會被編譯成多條機器指令，這些指令之間無法保證不會插入其他進程的指令。請設想如果兩個線程同時ia[112]++，很可能它們得到的結果都是不正確的。

Atomics對象就是為了解決這個問題而提出，它可以保證一個操作所對應的多條機器指令，一定是作為一個整體運行的，中間不會被打斷。也就是說，它所涉及的操作都可以看作是原子性的單操作，這可以避免線程競爭，提高多線程共享內存時的操作安全。所以，ia[112]++要改寫成Atomics.add(ia, 112, 1)。

Atomics對象提供多種方法。

（1）Atomics.store()，Atomics.load()

store()方法用來向共享內存寫入數據，load()方法用來從共享內存讀出數據。比起直接的讀寫操作，它們的好處是保證了讀寫操作的原子性。

此外，它們還用來解決一個問題：多個線程使用共享內存的某個位置作為開關（flag），一旦該位置的值變了，就執行特定操作。這時，必須保證該位置的賦值操作，一定是在它前面的所有可能會改寫內存的操作結束后執行；而該位置的取值操作，一定是在它后面所有可能會讀取該位置的操作開始之前執行。store方法和load方法就能做到這一點，編譯器不會為了優化，而打亂機器指令的執行順序。

Atomics.load(array, index)
Atomics.store(array, index, value)

 

store方法接受三個參數：SharedBuffer 的視圖、位置索引和值，返回sharedArray[index]的值。load方法只接受兩個參數：SharedBuffer 的視圖和位置索引，也是返回sharedArray[index]的值。

// 主線程 main.js
ia[42] = 314159;  // 原先的值 191
Atomics.store(ia, 37, 123456);  // 原先的值是 163

// Worker 線程 worker.js
while (Atomics.load(ia, 37) == 163);
console.log(ia[37]);  // 123456
console.log(ia[42]);  // 314159

 

上面代碼中，主線程的Atomics.store向 42 號位置的賦值，一定是早於 37 位置的賦值。只要 37 號位置等於 163，Worker 線程就不會終止循環，而對 37 號位置和 42 號位置的取值，一定是在Atomics.load操作之后。

（2）Atomics.wait()，Atomics.wake()

使用while循環等待主線程的通知，不是很高效，如果用在主線程，就會造成卡頓，Atomics對象提供了wait()和wake()兩個方法用於等待通知。這兩個方法相當於鎖內存，即在一個線程進行操作時，讓其他線程休眠（建立鎖），等到操作結束，再喚醒那些休眠的線程（解除鎖）。

Atomics.wait(sharedArray, index, value, time)

 

Atomics.wait用於當sharedArray[index]不等於value，就返回not-equal，否則就進入休眠，只有使用Atomics.wake()或者time毫秒以后才能喚醒。被Atomics.wake()喚醒時，返回ok，超時喚醒時返回timed-out。

Atomics.wake(sharedArray, index, count)

 

Atomics.wake用於喚醒count數目在sharedArray[index]位置休眠的線程，讓它繼續往下運行。

下面請看一個例子。

// 線程一
console.log(ia[37]);  // 163
Atomics.store(ia, 37, 123456);
Atomics.wake(ia, 37, 1);

// 線程二
Atomics.wait(ia, 37, 163);
console.log(ia[37]);  // 123456

 

上面代碼中，共享內存視圖ia的第 37 號位置，原來的值是163。進程二使用Atomics.wait()方法，指定只要ia[37]等於163，就進入休眠狀態。進程一使用Atomics.store()方法，將123456放入ia[37]，然后使用Atomics.wake()方法將監視ia[37]的休眠線程喚醒。

另外，基於wait和wake這兩個方法的鎖內存實現，可以看 Lars T Hansen 的 js-lock-and-condition 這個庫。

注意，瀏覽器的主線程有權“拒絕”休眠，這是為了防止用戶失去響應。

（3）運算方法

共享內存上面的某些運算是不能被打斷的，即不能在運算過程中，讓其他線程改寫內存上面的值。Atomics 對象提供了一些運算方法，防止數據被改寫。

Atomics.add(sharedArray, index, value)

 

Atomics.add用於將value加到sharedArray[index]，返回sharedArray[index]舊的值。

Atomics.sub(sharedArray, index, value)

 

Atomics.sub用於將value從sharedArray[index]減去，返回sharedArray[index]舊的值。

Atomics.and(sharedArray, index, value)

 

Atomics.and用於將value與sharedArray[index]進行位運算and，放入sharedArray[index]，並返回舊的值。

Atomics.or(sharedArray, index, value)

 

Atomics.or用於將value與sharedArray[index]進行位運算or，放入sharedArray[index]，並返回舊的值。

Atomics.xor(sharedArray, index, value)

 

Atomic.xor用於將vaule與sharedArray[index]進行位運算xor，放入sharedArray[index]，並返回舊的值。

（4）其他方法

Atomics對象還有以下方法。

• Atomics.compareExchange(sharedArray, index, oldval, newval)：如果sharedArray[index]等於oldval，就寫入newval，返回oldval。
• Atomics.exchange(sharedArray, index, value)：設置sharedArray[index]的值，返回舊的值。
• Atomics.isLockFree(size)：返回一個布爾值，表示Atomics對象是否可以處理某個size的內存鎖定。如果返回false，應用程序就需要自己來實現鎖定。

Atomics.compareExchange的一個用途是，從 SharedArrayBuffer 讀取一個值，然后對該值進行某個操作，操作結束以后，檢查一下 SharedArrayBuffer 里面原來那個值是否發生變化（即被其他線程改寫過）。如果沒有改寫過，就將它寫回原來的位置，否則讀取新的值，再重頭進行一次操作。