Node.js Buffer 進階操作：切片、複製與記憶體管理

在掌握了 Buffer 的基礎建立與轉換後，本章將帶你深入探討 Buffer 的運算邏輯，特別是它們在記憶體中的表現形式與對效能的影響。

切片與視圖：subarray() 的真相

開發者最容易感到困惑的是 Buffer 的「切片」行為。與 JS 陣列的 slice() 不同，Buffer 的 subarray()（或舊稱 slice()）不會複製資料，而是建立一個指向原始記憶體區塊的「映射/視圖」(View)。

const original = Buffer.from('Antigravity');

// 切割出前 4 個位元組
const sub = original.subarray(0, 4);
console.log(sub.toString()); // Anti

// 修改子 Buffer，會連帶修改原始數據！
sub.write('XXXX');
console.log(original.toString()); // XXXXgravity
如果你需要獨立的副本：請使用 Buffer.from(original.subarray(0, 4)) 或 Buffer.alloc() 建立新空間後再用 copy() 複製進去。

手動複製內容：copy()

當你需要從一個 Buffer 部分移動資料到另一個 Buffer 時，copy() 是最精確的工具。

const source = Buffer.from('NodeJS-is-Cool');
const target = Buffer.alloc(4);

// source.copy(目標, 目標起始, 來源開始, 來源結束)
source.copy(target, 0, 0, 4);
console.log(target.toString()); // Node

內容比較與搜尋

在處理通訊協定或檔案格式時，比對二進位內容是日常任務：

  • buf.equals(otherBuf)：快速檢查兩個 Buffer 的內容是否完全相同（二進位層級）。
  • buf.indexOf(value)：尋找特定內容（字串或另一個 Buffer）在檔案中的起始位置。
  • Buffer.compare(buf1, buf2)：用於排序 Buffer 陣列。
const b1 = Buffer.from('abc');
const b2 = Buffer.from('abcd');
console.log(b1.equals(b2)); // false

效能與記憶體管理建議

由於 Buffer 涉及到手動記憶體操作，有些性能上的最佳實務需要留意：

  1. 預分配大記憶體：如果你在迴圈中頻繁使用 Buffer.concat()，會導致大量的記憶體重新分配。建議預先 alloc() 一塊大的 Buffer，再用 copy() 依序填入。
  2. Buffer 池機制：Node.js 內部會維護一個小的 Buffer 池，用於處理較小的 Buffer.allocUnsafe 請求，以減少系統頻繁向作業系統申請記憶體的開銷。
  3. 外部記憶體：Buffer 是在 V8 Heap 之外分配的。雖然這能避開 JS 的垃圾回收壓力，但如果建立了海量的 Buffer 而不釋放，依然會耗盡系統記憶體。
小知識：你可以用 process.memoryUsage() 來查看你的 Node.js 進程除了 Heap 之外，還佔用了多少系統記憶體 (rss) 以及 Buffer (external)。

總結

Buffer 是 Node.js 處理二進位底層的基石。在下一章學習 Stream (串流) 時，你會更強烈地感受到：數據傳輸的本質其實就是一連串的「Buffer 片段在管道中流動」。