自底向上的web数据操作指南

简介

本篇文章主要探讨JavaScript中的数据操作.

JavaScript一直以来给人一种比较低能的感觉,例如无法读取系统上的文件,不能做一些底层的操作.

所以在页面上操作数据会交由服务器处理也就成了主流的做法.

但是很多人没有发现,实际上JavaScript以及在逐步增强这些功能,现在我们就已经可以放心的在web端进行文件操作了.

起因

N个月前我去新浪面试实习,我提到了原来我做过一个页面配合上传Excel可以完成一些功能.

我的这番话勾起了面试官在实际编码中遇到了一些问题,就是如何不通过服务器来操作数据,我和她讨论了一番,最后不了了之了(当然也没过).

N个月后实习被坑,成了无业游民闲来无事正好也好奇这个问题然后就研究了一下.

涉及的内容

没有非必要的内容,对于文件操作来说以下API都是必须了解的,本文也会渐进式的讨论这些内容.

• Blob
• ArrayBuffer
• TypedArray
• DataView
• FileReader
• File
• URL

兼容性

我没有详细考证API的兼容性,不过从MDN提供的数据来看IE10以上的浏览器大部分都是兼容的.

总览

一般来说操作一个文件都要经历如下的步骤:

• 知道文件的地址(存放的位置)
• 读取
• 保存到Buffer中,重复上步骤直至结束
• 进行数据编辑
• 知道要写入的地址
• 获取要写入的数据,从Buffer中获取还是所有数据
• 写入
• 写入完成

API名称以及对应的职责:

名称	职责
URL	制造文件地址
FileReader	读取文件的接口
Blob	用于在JavaScript表示文件
File	用于表示文件对象
ArrayBuffer	表示Buffer(仅仅提供一片内存空间)
TypedArray	基于数组操作Buffer上的数据(操作的最小单位是数组元素)
DataView	基于字节操作Buffer上的数据

上面描述的内容之间的关系很复杂,这里我们逐步来进行分析.

ArrayBuffer

https://developer.mozilla.org...

ArrayBuffer对象用于表示一段缓冲区域(可以理解为一段可控的内存区域),它仅仅表示这片被开辟的区域但是不提供操作方式.

const arraybuffer = new ArrayBuffer(8) // 创建一个长度为8字节大小的Buffer

默认ArrayBuffer中每一个字节都被填充了0.

利用这个对象我们可以完成如下的操作:

• 获取

  • 该Buffer的大小(字节)
  • 该Buffer的副本(范围)

• 修改

  • 该Buffer的大小

• 判断

  • 给定的数据是否是操作视图(实例方法)

• 异常

  • 当创建的Buffer长度超过Number.MAX_SAFE_INTEGER的大小会产生错误

const arraybuffer = new ArrayBuffer(8);

console.log(arraybuffer.byteLength); // 获取长度
console.log(arraybuffer.slice(4,8)); // 获取副本
// 截止到2019年2月12日 20:11:05没有浏览器实现该功能
console.log(arraybuffer.transfer(arraybuffer,16));// 修改原有Buffer
console.log(ArrayBuffer.isView({})) // false 是否是视图

DataView

https://developer.mozilla.org...

DataView用于操作ArrayBuffer中的数据,这也是它构造函数中接受一个ArrayBuffer的原因:

const arraybuffer = new ArrayBuffer(8);
const dataview = new DataView(arraybuffer); // 默认的视图大小就是buffer的大小
const offset = new DataView(arraybuffer, 0, arraybuffer.byteLength); // 默认的偏移量以及长度

利用这个对象我们可以完成如下的操作:

• 获取

  • 被该视图引入的Buffer(只读)
  • 该视图从Buffer中读取的自己长度(只读)
  • 该视图从Buffer中读取的偏移量(只读)

• 异常

  • 如果由偏移（byteOffset）和字节长度（byteLength）计算得到的结束位置超出了 buffer 的长度.

• 写入

  • 使用xxx类型写入(见下方)

• 读取

  • 使用xxx类型读取

可以使用的类型:

类型名称	对应的方法
Int8	getInt8,setInt8
Uint8	getUint8,setUint8
Int16	getInt16,setInt16
Uint16	getUint16,setUint16
Int32	getInt32,setInt32
Uint32	getUint32,setUint32
Float32	getFloat32,setFloat32
Float64	getFloat64,setFloat64

简单实例:

        const arraybuffer = new ArrayBuffer(1); // 一个字节
        const dataview = new DataView(arraybuffer); // 默认的视图大小就是buffer的大小
        
        dataview.setInt8(0,127) // 从0开始写入一个int8(8位无符号整形,一个字节)
        dataview.getInt8(0) // 从偏移0开始读取一个int8(8位无符号整形,一个字节)
        console.log(dataview.getInt8(0));
        dataview.setInt16(0,65535); // 错误超出了ArrayBuffer的空间 int16占两个字节

字节序

简单来讲-使用DataView:

• 在读写时不用考虑平台字节序问题。

https://developer.mozilla.org...

https://zh.wikipedia.org/wiki...

可以利用这个函数来进行判断:

var littleEndian = (function() {
  var buffer = new ArrayBuffer(2);
  new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true /* 设置值时使用小端字节序 */);
  // Int16Array 使用系统字节序，由此可以判断系统是否是小端字节序
  return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();
console.log(littleEndian); // true or false

TypedArray

https://developer.mozilla.org...

在上面一节中我们使用get和set的方式基于数据类型来读写内存(ArrayBuffer)中的数据.

而所谓的TypedArray就是使用类似于操作数组的方式来操作我们的Buffer可以理解为数组中的每一个元素都是不同类型的数据,这样一来我们可以使用数组上的很多方法,相较于干巴巴的使用get和set更加灵活一些,少掉点头发.

名字叫做TypedArray的这个对象或者全局构造函数并不存在于JavaScript中.因为类型数组并不只有一个,但是TypedArray代指的这些内容拥有统一的构造函数,统一的属性统一的方法,不同的只是他们的名字以及所对应的数据类型.

TypedArray()指的是以下的其中之一： 

Int8Array(); 
Uint8Array(); 
Uint8ClampedArray();
Int16Array(); 
Uint16Array();
Int32Array(); 
Uint32Array(); 
Float32Array(); 
Float64Array();

看到这里我们立马联想到了之前DataView上不同的Get和Set,概念是一样的,不同于ArrayBuffer的是,这里的最小数据单位是数组中的元素,不同类型元素所占用的空间是不同的,但是我们不需要考虑在字节层面上进行控制.

接下来我们利用Int8Array来进行讨论:

• 构造函数

  • 传入一个数值来表示类型数组中元素的数量
  • 传入任意一个类型数组在保留其原有的长度上进行数据类型转换

• 方法(静态)

  • Int8Array.from()通过可迭代对象创建一个类型数组
  • Int8Array.of()通过可变参数创建一个类型数组

例子:

// 32无符号能表示的最大的数值 占4个字节
const int32 = new Int32Array(1); // 使用length
int32[0] = 4294967295;

// 8位无符号能表示最大的内容是127 占1个字节
const int8 = new Int8Array(int32); // 使用另外一个类型数组
console.log(int8[0]) // -1 32位转8位要确保,32位的值在8位的范围内否则无法保证精度

const from = Int8Array.from([0,127]);
console.log(from.length === 2) // true

const of = Int8Array.of(0,127);
console.log(of.length === 2)// true

• 属性(静态)

  • TypedArray.BYTES_PER_ELEMENT
  • TypedArray.length
  • TypedArray.name
  • get TypedArray[@@species\]
  • TypedArray.prototype

• 属性(实例)

  • TypedArray.prototype.buffer
  • TypedArray.prototype.byteLength
  • TypedArray.prototype.byteOffset
  • TypedArray.prototype.length

• 方法(实例)

  • 方法是在是太多了Array上的方法TypedArray基本都有,例举太多都是照搬MDN,给个贴上大家自行查阅吧.
  • 方法列表

例子(类数组操作):

const int8 = new Int8Array(2);
int8[0] = 0;
int8[1] = 127;

int8.forEach((value)=>console.log(value));

for (const elem of int8) {
    console.log(elem);
}

Array.isArray(int8) // false 类数组而不是真的数组

Blob

https://developer.mozilla.org...

Blob` 对象表示一个不可变、原始数据的类文件对象。Blob 表示的不一定是JavaScript原生格式的数据

这说明了什么意思,类似于ArrayBuffer一样,ArrayBuffer本身没有为了达到某种目的而提供具体的操作方法,他的存在就类似于一个占位符一样,Blob对象也是类似的概念,在JavaScript中我们使用Blob对象来表示一个文件,当这个文件需要进行操作的时候我们在利用其他途径对这个Blob对象进行操作.(个人理解)

Blob的API和ArrayBuffer非常相似,因为他们有着非常密切的联系,创建Blob对象有两种方式,对应着两种具体的需求:

• 直接调用构造函数传入JavaScript中的数据结构
• 使用File对象创建,用于表示文件

这里我们不讨论由File对象创建的情况,这部分留到下节中讨论.

• 构造函数

  • 你可以利用现有的JavaScript数据结构来创建一个Blob对象
  • 你可以选择这个Blob对象的MIME类型
  • 你可以控制这个Blob对象中的换行符在系统中表现的行为
  • 具体参考

• 属性(实例)

  • size - Blob对象所包含的数据大小
  • type - Blob对象所描述的MIME类型

• 方法(实例)

  • slice()类似于ArrayBuffer.slice()从原有的Blob中分离出一部分组成新的Blob对象

例子:

        const blob1 = new Blob([JSON.stringify({
                content: 'success'
            })], {
                type: 'application/json'
        });

        const blob2 = new Blob(['<a id="a"><b id="b">hey!</b></a>'],{
            type:'text/html'
        });

注意:Blob对象接受的第一个参数是一个数组.

Blob对象还可以根据其他数据结构进行创建:

• ArrayBuffer
• ArrayBufferView(TypedArray)
• Blob

https://developer.mozilla.org...

乍一看Blob对象看似很鸡肋,不过在JavaScript中能装载数据还可以指定MIME类型,这种情况多半都是用于和外部进行交互.

回顾前面的内容,我们知道了如何创建一片内存中的区域,还知道了如何利用不同的工具来对这篇内存进行操作,最重要的一个用于描述文件Blob对象接受ArrayBuffer和TypedArray,那么还能玩出什么花样呢?

File

文件（File）接口提供有关文件的信息，并允许网页中的 JavaScript 访问其内容。

https://developer.mozilla.org...

File对象用于描述文件,这个对象虽然可以利用构造函数自行创建,但是大多数情况下都是利用浏览器上的<input>元素或者拖拽API来获取的.

File对象继承Blob对象,所以继承了Blob对象上的原型方法和属性,和Blob纯粹表示文件不同,File更加接地气一点,他还拥有了我们操作系统上常见的一些特征:

• 属性(实例)

  • lastModified 最后修改时间
  • name 文件名称
  • size 文件大小
  • type MIME类型
  • 详细介绍

• 构造函数

  • 详细介绍

例子:

        // 创建buffer
        const buffer = new Int8Array(2);
        console.log(buffer.byteLength); // 2
        buffer[0] = 0;
        buffer[1] = 127
        console.log(buffer[0]); // 127
        // 利用buffer创建一个file对象
        const file = new File([buffer],'text.txt',{
            type:'text/plain',
            lastModified:Date.now()
        });

        // file继承blob所以可以使用slice方法,返回一个blob对象
        const blob = file.slice(1,2,'text/plain');
        console.log(blob.size); //1

File对象目前看来依然扮演者'载体'的角色,不过在将他交由其他的API的时候才是他真正发挥威力的地方.

FileReader

FileReader一看名字我就有一种想喊JavaScript(浏览器端)永不为奴的冲动.前面铺垫了那么多终于可以看到真正可以实际利用的内容了.

FileReader 对象允许Web应用程序异步读取存储在用户计算机上的文件（或原始数据缓冲区）的内容，使用 File 或 Blob 对象指定要读取的文件或数据。

https://developer.mozilla.org...

FileReader和前面的所提到的内容不同的地方在于,这个API有事件,你可以使用onXXX和addEventListener进行监听.

基本工作流程:

1. 获取用户提供的文件对象(通过input或者拖拽)

   1. 或者自己创建File或者(Blob)对象
2. 新建一个FileReader()实例
3. 监听对应的方法来获取读取内容完成后的回调

4. 利用不同的方法读取文件内容

   1. 读取为fileReader.ArrayBuffer()
   2. 读取为DataURLfileReader.readAsDataURL()
   3. 读取为字符串fileReader.readAsText()

示例1读取计算机上的文件:

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
    <meta charset="utf-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <title>blob</title>
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
</head>

<body>
    <!-- 建议选中一个文本 -->
    <label for="file">读取文件<input id="file" type="file" ></label>
    <script type="text/javascript">
        document.getElementById('file').addEventListener('change',(event)=>{

            const files = event.srcElement.files;

            if(files.length === 0){
                return console.log('没有选择任何内容');
            }

            const file = files[0];

            console.log(file instanceof File); // true
            console.log(file instanceof Blob); // true

            const reader = new FileReader();

            reader.addEventListener('abort',()=>console.log('读取中断时候触发'));
            reader.addEventListener('error',()=>console.log('读取错误时候触发'));
            reader.addEventListener('loadstart',()=>console.log('开始读取的时候触发'));
            reader.addEventListener('loadend',()=>console.log('读取结束触发'));
            reader.addEventListener('progress',()=>console.log('读取过程中触发'));

            // 当内容读取完成后再load事件触发
            reader.addEventListener('load',(event)=>{

                // 输出文本文件的内容
                console.log(event.target.result)

            });
            // 读取一个文本文件
            reader.readAsText(file);

        });
    </script>
</body>

</html>

如果一切顺利,你就可以从计算机上读取一个文件,并且以文本的形式展现在了控制台中.

而且不仅如此,利用:

reader.readAsArrayBuffer(file)

我们可以读取任何类型的数据,然后再内存中进行修改,剩下的就差保存了.

FileReaderSync

这个API是FileReader的同步版本,这意味着代码执行到读取的时候会等待文件的读取,所以这个API只能在workers里面使用,如果在主线程中调用它会阻塞用户界面的执行.

由于是同步读取,所以没有回调掉必要存在,也就不需要监听事件了.

https://developer.mozilla.org...

URL

前面我们讨论完成了数据的读取,在FileReader中我们已经可以获取ArrayBuffer然后使用DateView和TypedArray就可以修改ArrayBuffer完成文件的修改,接下来我们旅行中的最后一程.

https://developer.mozilla.org...

在JavaScript(浏览器端)中我们可以使用URL来创建一个URL对象:

new URL('https://www.xxx.com?q=10')

他返回的对象包含如下的内容:

// 控制台
new URL('https://www.xxx.com?q=10')

URL
hash: ""
host: "www.xxx.com"
hostname: "www.xxx.com"
href: "https://www.xxx.com/?q=10"
origin: "https://www.xxx.com"
password: ""
pathname: "/"
port: ""
protocol: "https:"
search: "?q=10"
searchParams: URLSearchParams {  }
username: ""

可见该对象是一个工具对象用于帮助我们更加容易的处理URL.

例子(来自MDN):

var a = new URL("/", "https://developer.mozilla.org"); // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/'
var b = new URL("https://developer.mozilla.org");      // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org'
var c = new URL('en-US/docs', b);                      // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/en-US/docs'
var d = new URL('/en-US/docs', b);                     // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/en-US/docs'
var f = new URL('/en-US/docs', d);                     // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/en-US/docs'
var g = new URL('/en-US/docs', "https://developer.mozilla.org/fr-FR/toto");
                                                       // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/en-US/docs'
var h = new URL('/en-US/docs', a);                     // Creates a URL pointing to 'https://developer.mozilla.org/en-US/docs'
var i = new URL('/en-US/docs', '');                    // Raises a SYNTAX ERROR exception as '/en-US/docs' is not valid
var j = new URL('/en-US/docs');                        // Raises a SYNTAX ERROR exception as 'about:blank/en-US/docs' is not valid
var k = new URL('http://www.example.com', 'https://developers.mozilla.com');
                                                       // Creates a URL pointing to 'https://www.example.com'
var l = new URL('http://www.example.com', b);          // Creates a URL pointing to 'https://www.example.com'

实际上这和Node中的URL对象十分相似:

// 终端
> Node
> new URL('https://www.xxx.com/?q=10')
URL {
  href: 'https://www.xxx.com/?q=10',
  origin: 'https://www.xxx.com',
  protocol: 'https:',
  username: '',
  password: '',
  host: 'www.xxx.com',
  hostname: 'www.xxx.com',
  port: '',
  pathname: '/',
  search: '?q=10',
  searchParams: URLSearchParams { 'q' => '10' },
  hash: '' }

它和我们讨论的文件下载有什么关系呢,在我们在浏览器中一切可以利用的资源都有唯一的标识符那就是URL.

而我们自定义或者读取的文件需要通过URL对象创建一个指向我们定义资源的链接.

那么URL对象上提供了两个静态方法:

• URL.createObjectURL() 创建根据URL或者Blob创建一个URL
• URL.revokeObjectURL() 销毁之前已经创建的URL实例

那么生成的这个URL,可以被用在任何使用URL的地方,在这个例子中我们读取一个图片,然后将它赋值给img标签的src属性,这会在你的浏览器中打开一张图片.

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
    <meta charset="utf-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <title>blob</title>
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
</head>

<body>
    <label for="file">读取文件<input id="file" accept="image/*" type="file" ></label>
    <img id="img" src="" alt="">
    <script type="text/javascript">
        document.getElementById('file').addEventListener('change',(event)=>{

            const files = event.srcElement.files;

            if(files.length === 0){
                return console.log('没有选择任何内容');
            }

            const file = files[0];

            document.getElementById('img').src = URL.createObjectURL(file);
            
        });
    </script>
</body>

</html>

我们的图片被如下格式的URL所描述:

blob:http://127.0.0.1:5500/b285f19f-a4e2-48e7-b8c8-5eae11751593

导出文件实践

主要是利用浏览器在解析到MIME为application/octet-stream类型的内容会弹出下载对话框的特性.

我们有如下对策:

1. 创建一个File对象修改他的type为application/octet-stream
2. 使用这个File利用URL.createObjectURL()创建一个URL
3. 重定向到这个URL,让浏览器自动弹出下载框

const
    buffer = new ArrayBuffer(1024),
    array = new Int8Array(buffer);

array.fill(1);

const 
    blob = new Blob(array),
    file = new File([blob],'test.txt',{
        lastModified:Date.now(),
        type:'application/octet-stream'
    });

saveAs(file,'test.txt')

const url = window.URL.createObjectURL(file);

window.location.href = url;

上面这种方式简单粗,不过导出的文件你得修改文件名称.

我们只需要稍稍利用利用a标签就可以优雅的完成这项任务:

const
    buffer = new ArrayBuffer(1024),
    array = new Int8Array(buffer);

array.fill(1);

const 
    blob = new Blob(array),
    file = new File([blob],'test.txt',{
    lastModified:Date.now(),
        type:'text/plain;charset=utf-8'
    });

const 
    url = window.URL.createObjectURL(file),
    a = document.createElement('a');

a.href = url;
a.download = file.name; // see https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTML/Element/a#%E5%B1%9E%E6%80%A7
a.click();

大功告成,利用HTML5的API我们终于可以愉快的在WEB上操作数据啦!

MDN上几篇不错的指引

分别是:

• 在web应用程序中操作文件指南
• JavaScript 类数组对象
• Base64的编码与解码

参考

https://github.com/SheetJS/js...

https://github.com/eligrey/Fi...