浅谈JS处理文件数据的API:Blob、FileReader、Base64、File?

浅谈JS处理文件数据的API:Blob、FileReader、Base64、File?在前端开发中,开发者常常会使用文件上传、下载或数据转换的操作。JavaScript 提供了许多 API 来处理二进制数据和转换数据流,如:Arr

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在前端开发中,开发者常常会使用文件上传、下载或数据转换的操作。JavaScript 提供了许多 API 来处理二进制数据和转换数据流,如:ArrayBuffer、FileReader、base64 、Blob、File等,他们之间的转换与联系如下所示。

浅谈JS处理文件数据的API:Blob、FileReader、Base64、File?

Blob

Blob (binary large object) ,即二进制大对象,表示一个不可变、原始数据的类文件对象。它的数据可以按文本或二进制的格式进行读取,在 web 网页中的充当数据流使用的相当频繁。

blob 对象上有两个属性:

  • size:Blob对象中所包含数据的大小(字节);
  • type:字符串,认为该Blob对象所包含的 MIME 类型。如果类型未知,则为空字符串。

let blob = new Blob([1,2,3,4,5], {type: "text/plain"});
// 可以 进行分割切片,如下
const _subBlob = blob.slice(0, 3,{type: "text/plain"});  // 此时切片的type 默认可以省略
URL.createObjectURL(blob);             //12345
URL.createObjectURL(_subBlob);     // 123

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注意: 如果Blob的数据属于Unicode 编码中的 Supplementary Plane(辅助平面) 字符,也即是需要用两个 16 位的 UTF-16 编码单元(称为代理对或代理字符)来表示,那么转成的createObjectURL 链接不能获取正确数据,获得的是乱码,此时可以使用FileReader进行获取特定编码格式的数据,如下:

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!let blob = new Blob(['!@#¥%']);
const _subBlob_o = blob.slice(0, 1);
const _subBlob_t = blob.slice(0, 2);
const _subBlob_th = blob.slice(0, 3);
URL.createObjectURL(_subBlob_o);      // �
URL.createObjectURL(_subBlob_t);     // 锛
URL.createObjectURL(_subBlob_th);     // 锛�

// 以下使用 FileReader 获取UTF-8类型的text文本数据
let blob = new Blob(['!¥%&*']);
let _subBlob_o = blob.slice(0,3);
let _subBlob_t = blob.slice(3,6);
let _subBlob_th = blob.slice(6,7);
let _subBlob_f = blob.slice(7,8);
let fileReader = new FileReader();

fileReader.onload = function(event) {
  let result = event.target.result;
  console.log(result); // 这里打印出读取的数据,应该正确显示UTF-8编码的字节字符
};

// fileReader.readAsText(blob, 'UTF-8');              // output:   !(中文叹号占用三个字节)
// fileReader.readAsText(_subBlob_o, 'UTF-8');   // output:   ¥(中文$占用三个字节)
// fileReader.readAsText(_subBlob_t, 'UTF-8');    // output:   %  
// fileReader.readAsText(_subBlob_th, 'UTF-8');  // output:   &

File

文件(File)Api 是一种用来描述有关文件信息的对象类型,File 对象本质上是继承了 Blob 的一种封装之后的对象 (包含 文件size、文件name和文件type) 。

File.__proto__ === Blob   // true

在web应用中可以通过 type为file的input标签选择文件后生成的 FileList 对象(这里获取的是File的一个数组),也可以通过拖拽文件生成 DataTransfer 对象得到Filelist(通过 DataTransfer.files 获取)。

File 对象都包含文件对象的一些属性,这些属性都继承自 Blob 对象,根据MDN的解释如下:

  • lastModified:引用文件最后修改日期,为自1970年1月1日0:00以来的毫秒数;
  • lastModifiedDate:引用文件的最后修改日期;
  • name:引用文件的文件名;
  • size:引用文件的文件大小;
  • type:文件的媒体类型(MIME);
  • webkitRelativePath:文件的路径或 URL。

FileReader

FileReader 是一个在 JavaScript 中可以用来读取文件内容的 API,它允许您读取 BlobFile 对象中的数据,并将其转换为其他格式,比如文本、二进制数据或数据 URL。

注意:FileReader 和 一些Blob、File操作,只能读取文件不能修改文件,若想要直接写入文件可以使用 a 标签,指定转成的文本,进行download,或者可以尝试一下Chrome的实验性的window.chooseFileSystemEntries这个api获取文件句柄操作(正式稳定版新版或没有这个Api,了解即可)

  • downloadLink
欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!const blob = new Blob(['{"name": "tong"}']);
const _link = document.createElement("a");
_link.download = 'e.json';
_link.href = URL.createObjectURL(blob);
_link.click();
  • chooseFileSystemEntries
// 文件句柄
let handle;
button.addEventListener('click', async (e) => {
  handle = await window.chooseFileSystemEntries();
});

1.FileReader 常用属性:

  • error:表示在读取文件时发生的错误;
  • result:文件内容。该属性仅在读取操作完成后才有效,数据的格式取决于使用哪个方法来启动读取操作。
  • readyState:表示 FileReader 状态的数字。取值包含0(EMPTY)、1(LOADING)、2(DONE

2.FileReader 常用 API(传参是Blob或File):

  • readAsArrayBuffer():读取数据,result 属性中保存的将是被读取文件的 ArrayBuffer 数据对象;
  • readAsBinaryString():读取数据,result 属性中将包含所读取文件的原始二进制数据;
  • readAsDataURL():读取数据,result 属性中将包含一个dataURL 格式的 Base64 字符串以表示所读取文件的内容。
  • readAsText():读取数据,result 属性中将包含一个字符串以表示所读取的文件内容。

3. FileReader 常用 事件:

  • abort:该事件在读取操作被中断时触发;
  • error:该事件在读取操作发生错误时触发;
  • load:该事件在读取操作完成时触发;
  • progress:该事件在读取 Blob 时触发。

input上传事件,如下:

<input type="file" id="_input" />


const reader = new FileReader();

_input.onchange = (e) => {
  reader.readAsDataURL(e.target.files[0]);
};

reader.onload = (e) => {
  console.log(e.target.result);
};

ArrayBuffer

ArrayBuffer是 JavaScript 中用于表示一段二进制数据的对象。它是在 ECMAScript 6(ES2015)中引入的新类型,允许开发者以更直接的方式处理二进制数据,而无需依赖传统的字符串和数组。它可以存储各种数据类型的二进制数据,如整数、浮点数、字节等。ArrayBuffer 对象的大小在创建时确定,并且不能被改变,所以需要借助如下方式读写数据。

  • TypedArray:用来生成内存的视图,通过9个构造函数,可以生成10种数据格式的视图
Int8Array: 8 位有符号整数(-128 到 127)
Uint8Array: 8 位无符号整数(0 到 255)
Int16Array: 16 位有符号整数(-32,768 到 32,767)
Uint16Array: 16 位无符号整数(0 到 65,535)
Int32Array: 32 位有符号整数(-2^31 到 2^31-1)
Uint32Array: 32 位无符号整数(0 到 2^32-1)
Float32Array: 32 位浮点数(IEEE 754 标准的单精度浮点数)
Float64Array: 64 位浮点数(IEEE 754 标准的双精度浮点数)
BigInt64Array: 64 位带符号整数(-2^63 到 2^63-1)(在 ECMAScript 2020 中引入)
BigUint64Array: 64 位无符号整数(0 到 2^64-1)(在 ECMAScript 2020 中引入)
  • DataViews:用来生成内存的视图,可以自定义格式和字节序。

包含三个参数:

buffer:一个已经存在的 ArrayBuffer 对象,DataView 对象的数据源。

byteOffset:可选,此 DataView 对象的第一个字节在 buffer 中的字节偏移。如果未指定,则默认从第一个字节开始。

byteLength:可选,此 DataView 对象的字节长度。如果未指定,这个视图的长度将匹配 buffer 的长度。

对于ArrayBuffer的读写操作,具体如下:

const buffer = new ArrayBuffer(16); // 创建一个大小为 16 字节的 ArrayBuffer

// 使用DataView 读写 ArrayBuffer 数据
const buffer = new ArrayBuffer(8);
const view = new DataView(buffer);

view.setInt16(0, 42); // 在位置0写入16位整数值42
view.setFloat32(2, 3.14); // 在位置2写入32位浮点数值3.14

const value1 = view.getInt16(0); // 从位置0读取16位整数值42
const value2 = view.getFloat32(2); // 从位置2读取32位浮点数值3.14


// 使用 TypedArray 读写 ArrayBuffer 数据
const buffer = new ArrayBuffer(8);
const uint8Array = new Uint8Array(buffer);

// 使用 Uint8Array 来设置和获取二进制数据
uint8Array[0] = 10;
uint8Array[1] = 20;
uint8Array[2] = 30;

console.log(uint8Array[0]); // 输出 10
console.log(uint8Array[1]); // 输出 20
console.log(uint8Array[2]); // 输出 30

Object URL

Object URL(对象URL)是一个特殊的 URL 格式,用于临时标识 JavaScript 中的 Blob、File 和 MediaSource 等二进制数据对象。通过创建 Object URL,您可以在浏览器中处理这些二进制数据,而无需直接暴露或嵌入这些数据。

Object URL 遵循以下格式:blob:<unique_id>,其中 <unique_id> 是一个唯一标识符,用于表示一个特定的二进制数据对象。这个 URL 可以被用于在客户端(通常是在浏览器中)引用这些二进制数据,例如在 <img> 标签的 src 属性、<a> 标签的 href 属性、<video> 和 <audio> 标签的 src 属性等处。创建 Object URL 的常用方法是使用 URL.createObjectURL() 函数。该函数接受一个 BlobFileMediaSource 对象作为参数,并返回一个 Object URL 字符串。这个 URL 字符串在 Blob 对象的生命周期内是有效的。

一般情况下,在以下情况下 Object URL 会被自动释放:

  • 当相关的 JavaScript 代码执行完成并不再引用 Object URL 时 (垃圾回收释放)。
  • 当页面被卸载(关闭或导航到其他页面)时。
  • 当使用 URL.revokeObjectURL() 手动释放 Object URL 时。

注意:在不需要使用URL时,应该通过 URL.revokeObjectURL() 函数来释放它,以避免内存泄漏。如下:

   // 创建一个包含图片数据的 Blob 对象
    const imageData = new Uint8Array([137, 80, 78, 71, 13, 10, 26, 10, /* ... */]);
    const blob = new Blob([imageData], { type: 'image/png' });

    // 创建 Object URL 并将图片显示在 <img> 标签中
    const imageUrl = URL.createObjectURL(blob);
    const imageElement = document.getElementById('image');
    imageElement.src = imageUrl;

    // 在不需要 Object URL 时释放它
    // 通常在不需要显示图片或其他二进制数据时调用
    // 这样可以释放浏览器内存,避免内存泄漏
    // 注意:在实际应用中,请根据需要选择合适的时机来调用 URL.revokeObjectURL()
    // imageElement.onload = () => {
    //   URL.revokeObjectURL(imageUrl);
    // };

Base64

Base64 是一种编码方式,它将二进制数据转换成只包含 ASCII 字符的文本表示形式。这种编码方式通常用于在文本协议中传输二进制数据,例如在电子邮件、URL、XML、JSON 等文本格式中嵌入图片、音频、视频等二进制数据。Base64 编码基于 64 个可打印的 ASCII 字符(A-Z,a-z,0-9,+ 和 /),以及一个用于填充的字符(通常是等号 =)。编码规则如下:

  • 将 3 字节的二进制数据(24 位)划分为四组,每组 6 位。
  • 将每组 6 位二进制数据转换为一个可打印字符。
  • 如果原始数据不是 3 字节的倍数,则会在末尾添加一个或两个等号(=)字符进行填充。

理论上说:Base64 编码后的数据大小通常会比原始数据大约 33%,因为每 3 字节的数据会编码成 4 个字符。会比blob url消耗更多内存,但是在不用的时候会自动从内存中清除(通过垃圾回收机制)。

在 JavaScript 中,可以使用 readAsDataURL api 和 canvas 的 toDataURL api 获取 base64 格式的数据流。

注意:上述方式获取的是一种根据数据类型生成的base64编码数据,不是真实一一对应的base64编码规则,因为添加了一些数据类型头部,即:base64编码的数据和 dataUrl 类型的数据不是一个东西。如。`data:image/jpeg;base64,/9j/`,这种的类型 (data: – Data URL 的协议头部、image/jpeg – MIME 类型,表示数据的媒体类型、base64 – 表示数据是使用 Base64 编码的。它告诉浏览器如何解码数据、/9j/ – Base64 编码后的数据的起始部分标识)。

想获取完整标准的 Base64编码,可以使用 btoa() 函数将字符串进行 Base64 编码,以及使用 atob() 函数将 Base64 编码的字符串解码为原始字符串。在 Node.js 中,可以使用 Buffer.from()Buffer.toString() 来进行 Base64 编码和解码。

  • atob(ascii to binary): 解码 ,用于将ascii码解析成binary数据。用于解码Base64编码的字符串。
  • btoa(binary to ascii):编码,用于将binary数据用ascii码表示。常用于编码字符串。(不支持Unicode字符编码),它的编码范围实际上是在 0 到 255 的整数值之间,即一个字节(8 位)的范围。
const originalString = 'Hello, world!';
const encodedString = btoa(originalString);
const decodedString = atob(encodedString);

console.log(encodedString); // "SGVsbG8sIHdvcmxkIQ=="
console.log(decodedString); // "Hello, world!"

想要支持其他的Unicode字符编码,可以使用以下方式:

  • 编码时,先用encodeURIComponent对字符串进行编码,再使用btoa进行编码
  • 解码时,先用atob对数据进行解码 ,再用decodeURIComponent对字符串进行解码
let str_unicode = "中国"
let encode_str_unicode =  btoa(encodeURIComponent(str_unicode));

console.log(encode_str_unicode);  //  JUU0JUI4JUFEJUU1JTlCJUJE
let decode_str_unicode = decodeURIComponent(atob(encode_str_unicode));
console.log(decode_str_unicode);  //  中国

注意: 上述的decodeURIComponent和encodeURIComponent是一种URI 编码,一种将特殊字符转换为可安全传输和显示的形式的编码方式。在 URI(Uniform Resource Identifier)中,某些字符被保留用于特殊用途,例如作为分隔符或标记符号。如果要在 URI 中包含这些保留字符,就需要将它们转换为编码形式,这样才能正确传输和解析。比如我们常见到网页路径包含这种参数 `%E4%B8%AD%E5%9B%BD`

格式转化

以下是一些常用的基本转化:

1.Blob → ArrayBuffer

let blob = new Blob(['Hello,world'],{type: "text/plain"});
let fileReader = new FileReader();

fileReader.onload = function(event) {
  let result = event.target.result;
  console.log(result);  // ArrayBuffer(11)
};
fileReader.readAsArrayBuffer(blob, 'UTF-8');  

2.Blob → (Base64 | DataURL)

let blob = new Blob(['Hello,world'],{type: "text/plain"});
let fileReader = new FileReader();

fileReader.onload = function(event) {
  let result = event.target.result;
  console.log(result);   //  data:text/plain;base64,SGVsbG8sd29ybGQ=
  let arr = result.split(',');
	let bstr = atob(arr[1]) 
  console.log(bstr)  //   Hello,world
};
fileReader.readAsDataURL(blob, 'UTF-8');  

注意:以上的编码依旧是不能支持所有Unicode编码方式,因为blob中的数据有可能是一些高码位的字符,那么readAsDataURL生成的dataurl有可能获取的是乱码,所以要给定blob生成时的字符编码方式,此时处理方式如下:

const blob = new Blob([''], { type: 'text/plain;charset=UTF-8' }); // Specify UTF-8 encoding in the Blob
let fileReader = new FileReader();

fileReader.onload = function(event) {
  let result = event.target.result;
  console.log(result);   //  data:text/plain;charset=utf-8;base64,8KCcjg==
  let arr = result.split(',');
	let bstr = atob(arr[1]) 
// Convert binary string to UTF-8 string
const decoder = new TextDecoder('utf-8');
const utf8String = decoder.decode(new Uint8Array(bstr.length).map((_, i) => bstr.charCodeAt(i)));

console.log(utf8String); // ""
};
fileReader.readAsDataURL(blob, 'UTF-8');  

在上述示例中,我们首先使用 atob() 函数将 Base64 编码的数据转换为二进制数据(二进制字符串)。然后,我们使用 TextDecoder 对象将二进制数据转换回原始的 UTF-8 字符串。

注意,TextDecoder 构造函数的参数 ‘utf-8’ 指定了使用 UTF-8 编码进行解码。确保在解码时使用与编码时相同的字符编码,以便正确还原原始数据。在我们之前的示例中,我们在创建 Data URL 时指定了 UTF-8 编码,因此在解码时也要使用 UTF-8 编码。

3.Blob → Object URL

let blob = new Blob(['Hello,world']);
const objectUrl = URL.createObjectURL(blob); 

4.Blob → File

let blob = new Blob(['Hello,world']);
let file = new File([blob], "blob", {type: 'text/plain'})  // File{ name: "blob",size:11,type: "text/plain" ... }

5.ArrayBuffer → Blob

const buffer = new ArrayBuffer(12);
const s = new Uint8Array(buffer);
let u = [72, 101, 108, 108, 111, 44, 32, 87, 111, 114, 108, 100];
for (let i = 0; i < 12; i++) {
  s[i] = u[i]; 
}
const blob = new Blob([s]);
URL.createObjectURL(blob);    // Hello, World

6.ArrayBuffer → Base64

这里编码方式有两种,一种是可以通过btoa编码的,即是上文所说的限制 255 以内的字符。另一种是兼容其他的Unicode码点的转换方式。(以下是演示需要,实际使用不需要创建其他多余的数据) 。

//(非高码位)
const buffer = new ArrayBuffer(12);
const s = new Uint8Array(buffer);
let u = [72, 101, 108, 108, 111, 44, 32, 87, 111, 114, 108, 100];
for (let i = 0; i < 12; i++) {
  s[i] = u[i];
}
const base64 = btoa(String.fromCodePoint.apply(null,s));
atob(base64)  // 'Hello, World'

// (高码位)
const encoder = new TextEncoder();
const buffer = encoder.encode("").buffer;  // 这是在高码位的一个字符
const s = new Uint8Array(buffer);     // 演示需要,转成buffer

const  decoder = new TextDecoder();
const str = decoder.decode(buffer);
// console.log(str);  // ""  这里的输出就是 想要的字符,以下的操作是为了演示Unicode也可以编码。

// 编码
let encode_str_unicode =  btoa(encodeURIComponent(str));
// 解码
// let decode_str_unicode = decodeURIComponent(atob(encode_str_unicode));

console.log(encode_str_unicode);  //  JUYwJUEwJTlDJThF  这里的转换得到的高码位的编码结果
// console.log(decode_str_unicode);  // ""

7. (Base64 | DataURL)→ Blob

const data_url =  "data:text/plain;charset=utf-8;base64,8KCcjg=="; // 这里是dataurl
let arr = data_url.split(',');
	let bstr = atob(arr[1])  // 这里就是base64 
// Convert binary string to UTF-8 string
const decoder = new TextDecoder('utf-8');
const utf8String = decoder.decode(new Uint8Array(bstr.length).map((_, i) => bstr.charCodeAt(i)));
console.log(utf8String); // "”
// 这里必须要给予charset 否则 createObjectURL生成的文本是乱码
const blob = new Blob([utf8String], { type: 'text/plain;charset=UTF-8' });   
URL.createObjectURL(blob)  // 这里访问即可得到   字符

总结: 关于数据流之间的关系以及如何转换已经基本结束,其他的转换也可以通过上述的数据转换以及相关功能得到。关于数据流的一些想法和问题,可以评论区留言。

下一期: 字符编码工作以及相关解析Api。

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