你不知道的 Blob

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海洋的渔夫 2021-06-21 14:05:58

如果你允许用户从你的网站上下载某些文件，那你可能会遇到 Blob 类型。为了实现上述的功能，你可以很容易从网上找到相关的示例，并根据实际需求进行适当的调整。对于部分开发者来说，在完成上述功能之后，他们并不会继续思考 Blob 是什么？

这就导致了一些开发者，还是停留在熟练使用 API 的层面，当遇到比较棘手的问题时，就束手无策。换句话说，如果当你在熟悉 API 的使用之后，还能继续多问几个为什么，继续探究下去，不仅能加深对知识的理解，还能触类旁通，拓展自己的知识面提高自己。

好了，如果你想继续了解什么是 Blob，那么就跟上我的脚步，来一个 Blob Web API 探索之旅。还在犹豫什么，Let's go！

读完本文你将了解到以下内容：

Blob 是什么
Blob API 简介
- 构造函数
- 属性和方法
Blob 使用场景
- 分片上传
- 从互联网下载数据
- Blob 用作 URL
- Blob 转换为 Base64
- 图片压缩
- 生成 PDF
Blob 与 ArrayBuffer 的区别

一、Blob 是什么

Blob（Binary Large Object）表示二进制类型的大对象。在数据库管理系统中，将二进制数据存储为一个单一个体的集合。Blob 通常是影像、声音或多媒体文件。在 JavaScript 中 Blob 类型的对象表示不可变的类似文件对象的原始数据。 为了更直观的感受 Blob 对象，我们先来使用 Blob 构造函数，创建一个 myBlob 对象，具体如下图所示：

如你所见，myBlob 对象含有两个属性：size 和 type。其中 size 属性用于表示数据的大小（以字节为单位），type 是 MIME 类型的字符串。Blob 表示的不一定是 JavaScript 原生格式的数据。比如 File 接口基于 Blob，继承了 blob 的功能并将其扩展使其支持用户系统上的文件。

二、Blob API 简介

Blob 由一个可选的字符串 type（通常是 MIME 类型）和 blobParts 组成：

MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）多用途互联网邮件扩展类型，是设定某种扩展名的文件用一种应用程序来打开的方式类型，当该扩展名文件被访问的时候，浏览器会自动使用指定应用程序来打开。多用于指定一些客户端自定义的文件名，以及一些媒体文件打开方式。

常见的 MIME 类型有：超文本标记语言文本 .html text/html、PNG图像 .png image/png、普通文本 .txt text/plain 等。

2.1 构造函数

Blob 构造函数的语法为：

var aBlob = new Blob(blobParts, options);

2.2 属性

前面我们已经知道 Blob 对象包含两个属性：

size（只读）：表示 Blob 对象中所包含数据的大小（以字节为单位）。
type（只读）：一个字符串，表明该 Blob 对象所包含数据的 MIME 类型。如果类型未知，则该值为空字符串。

2.3 方法

slice([start[, end[, contentType]]])：返回一个新的 Blob 对象，包含了源 Blob 对象中指定范围内的数据。
stream()：返回一个能读取 blob 内容的 ReadableStream。
text()：返回一个 Promise 对象且包含 blob 所有内容的 UTF-8 格式的 USVString。
arrayBuffer()：返回一个 Promise 对象且包含 blob 所有内容的二进制格式的 ArrayBuffer。

这里我们需要注意的是，Blob 对象是不可改变的。我们不能直接在一个 Blob 中更改数据，但是我们可以对一个 Blob 进行分割，从其中创建新的 Blob 对象，将它们混合到一个新的 Blob 中。这种行为类似于 JavaScript 字符串：我们无法更改字符串中的字符，但可以创建新的更正后的字符串。

三、Blob 使用场景

3.1 分片上传

File 对象是特殊类型的 Blob，且可以用在任意的 Blob 类型的上下文中。所以针对大文件传输的场景，我们可以使用 slice 方法对大文件进行切割，然后分片进行上传，具体示例如下：

const file = new File(["a".repeat(1000000)], "test.txt");

const chunkSize = 40000;
const url = "https://httpbin.org/post";

async function chunkedUpload() {
  for (let start = 0; start < file.size; start += chunkSize) {
      const chunk = file.slice(start, start + chunkSize + 1);
      const fd = new FormData();
      fd.append("data", chunk);

      await fetch(url, { method: "post", body: fd }).then((res) =>
        res.text()
      );
  }
}

3.2 从互联网下载数据

我们可以使用以下方法从互联网上下载数据并将数据存储到 Blob 对象中，比如：

const downloadBlob = (url, callback) => {
 const xhr = new XMLHttpRequest()
 xhr.open('GET', url)
 xhr.responseType = 'blob'
 xhr.onload = () => {
    callback(xhr.response)
 }
 xhr.send(null)
}

当然除了使用 XMLHttpRequest API 之外，我们也可以使用 fetch API 来实现以流的方式获取二进制数据。这里我们来看一下如何使用 fetch API 获取线上图片并本地显示，具体实现如下：

const myImage = document.querySelector('img');
const myRequest = new Request('flowers.jpg');

fetch(myRequest)
  .then(function(response) {
    return response.blob();
  })
 .then(function(myBlob) {
   let objectURL = URL.createObjectURL(myBlob);
   myImage.src = objectURL;
});

当 fetch 请求成功的时候，我们调用 response 对象的 blob() 方法，从 response 对象中读取一个 Blob 对象，然后使用 createObjectURL() 方法创建一个 objectURL，然后把它赋值给 img 元素的 src 属性从而显示这张图片。

3.3 Blob 用作 URL

Blob 可以很容易的作为 <a>、<img> 或其他标签的 URL，多亏了 type 属性，我们也可以上传/下载 Blob 对象。下面我们将举一个 Blob 文件下载的示例，不过在看具体示例前我们得简单介绍一下 Blob URL。

1.Blob URL/Object URL

Blob URL/Object URL 是一种伪协议，允许 Blob 和 File 对象用作图像，下载二进制数据链接等的 URL 源。在浏览器中，我们使用 URL.createObjectURL 方法来创建 Blob URL，该方法接收一个 Blob 对象，并为其创建一个唯一的 URL，其形式为 blob:<origin>/<uuid>，对应的示例如下：

blob:https://example.org/40a5fb5a-d56d-4a33-b4e2-0acf6a8e5f641

浏览器内部为每个通过 URL.createObjectURL 生成的 URL 存储了一个 URL → Blob 映射。因此，此类 URL 较短，但可以访问 Blob。生成的 URL 仅在当前文档打开的状态下才有效。它允许引用 <img>、<a> 中的 Blob，但如果你访问的 Blob URL 不再存在，则会从浏览器中收到 404 错误。

上述的 Blob URL 看似很不错，但实际上它也有副作用。虽然存储了 URL → Blob 的映射，但 Blob 本身仍驻留在内存中，浏览器无法释放它。映射在文档卸载时自动清除，因此 Blob 对象随后被释放。

但是，如果应用程序寿命很长，那不会很快发生。因此，如果我们创建一个 Blob URL，即使不再需要该 Blob，它也会存在内存中。

针对这个问题，我们可以调用 URL.revokeObjectURL(url) 方法，从内部映射中删除引用，从而允许删除 Blob（如果没有其他引用），并释放内存。接下来，我们来看一下 Blob 文件下载的具体示例。

2.Blob 文件下载示例

index.html

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <title>Blob 文件下载示例</title>
  </head>

  <body>
    <button id="downloadBtn">文件下载</button>
    <script src="index.js"></script>
  </body>
</html>

index.js

const download = (fileName, blob) => {
  const link = document.createElement("a");
  link.href = URL.createObjectURL(blob);
  link.download = fileName;
  link.click();
  link.remove();
  URL.revokeObjectURL(link.href);
};

const downloadBtn = document.querySelector("#downloadBtn");
downloadBtn.addEventListener("click", (event) => {
  const fileName = "blob.txt";
  const myBlob = new Blob(["一文彻底掌握 Blob Web API"], { type: "text/plain" });
  download(fileName, myBlob);
});

在示例中，我们通过调用 Blob 的构造函数来创建类型为 "text/plain" 的 Blob 对象，然后通过动态创建 a 标签来实现文件的下载。

3.4 Blob 转换为 Base64

URL.createObjectURL 的一个替代方法是，将 Blob 转换为 base64 编码的字符串。Base64 是一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法，它常用于在处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据，包括 MIME 的电子邮件及 XML 的一些复杂数据。

在 MIME 格式的电子邮件中，base64 可以用来将二进制的字节序列数据编码成 ASCII 字符序列构成的文本。使用时，在传输编码方式中指定 base64。使用的字符包括大小写拉丁字母各 26 个、数字 10 个、加号 + 和斜杠 /，共 64 个字符，等号 = 用来作为后缀用途。

下面我们来介绍如何在 HTML 中嵌入 base64 编码的图片。在编写 HTML 网页时，对于一些简单图片，通常会选择将图片内容直接内嵌在网页中，从而减少不必要的网络请求，但是图片数据是二进制数据，该怎么嵌入呢？绝大多数现代浏览器都支持一种名为 Data URLs 的特性，允许使用 base64 对图片或其他文件的二进制数据进行编码，将其作为文本字符串嵌入网页中。

Data URLs 由四个部分组成：前缀（data:）、指示数据类型的 MIME 类型、如果非文本则为可选的 base64 标记、数据本身：

data:[<mediatype>][;base64],<data>

mediatype 是个 MIME 类型的字符串，例如 "image/jpeg" 表示 JPEG 图像文件。如果被省略，则默认值为 text/plain;charset=US-ASCII。如果数据是文本类型，你可以直接将文本嵌入（根据文档类型，使用合适的实体字符或转义字符）。如果是二进制数据，你可以将数据进行 base64 编码之后再进行嵌入。比如嵌入一张图片：

<img alt="logo" src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUg...">

但需要注意的是：如果图片较大，图片的色彩层次比较丰富，则不适合使用这种方式，因为该图片经过 base64 编码后的字符串非常大，会明显增大 HTML 页面的大小，从而影响加载速度。除此之外，利用 FileReader API，我们也可以方便的实现图片本地预览功能，具体代码如下：

<input type="file" accept="image/*" onchange="loadFile(event)">
<img id="output"/>

<script>
  const loadFile = function(event) {
    const reader = new FileReader();
    reader.onload = function(){
      const output = document.querySelector('output');
      output.src = reader.result;
    };
    reader.readAsDataURL(event.target.files[0]);
  };
</script>

在以上示例中，我们为 file 类型输入框绑定 onchange 事件处理函数 loadFile，在该函数中，我们创建了一个 FileReader 对象并为该对象绑定 onload 相应的事件处理函数，然后调用 FileReader 对象的 readAsDataURL() 方法，把本地图片对应的 File 对象转换为 Data URL。

在完成本地图片预览之后，我们可以直接把图片对应的 Data URLs 数据提交到服务器。针对这种情形，服务端需要做一些相关处理，才能正常保存上传的图片，这里以 Express 为例，具体处理代码如下：

const app = require('express')();

app.post('/upload', function(req, res){
    let imgData = req.body.imgData; // 获取POST请求中的base64图片数据
    let base64Data = imgData.replace(/^data:image\/\w+;base64,/, "");
    let dataBuffer = Buffer.from(base64Data, 'base64');
    fs.writeFile("image.png", dataBuffer, function(err) {
        if(err){
          res.send(err);
        }else{
          res.send("图片上传成功！");
        }
    });
});

对于 FileReader 对象来说，除了支持把 Blob/File 对象转换为 Data URL 之外，它还提供了 readAsArrayBuffer() 和 readAsText() 方法，用于把 Blob/File 对象转换为其它的数据格式。这里我们来看个 readAsArrayBuffer() 的使用示例：

// 从 blob 获取 arrayBuffer
let fileReader = new FileReader();

fileReader.onload = function(event) {
  let arrayBuffer = fileReader.result;
};
fileReader.readAsArrayBuffer(blob);

3.5 图片压缩

在一些场合中，我们希望在上传本地图片时，先对图片进行一定的压缩，然后再提交到服务器，从而减少传输的数据量。在前端要实现图片压缩，我们可以利用 Canvas 对象提供的 toDataURL() 方法，该方法接收 type 和 encoderOptions 两个可选参数。

其中 type 表示图片格式，默认为 image/png。而 encoderOptions 用于表示图片的质量，在指定图片格式为 image/jpeg 或 image/webp 的情况下，可以从 0 到 1 的区间内选择图片的质量。如果超出取值范围，将会使用默认值 0.92，其他参数会被忽略。

下面我们来看一下具体如何实现图片压缩：

// compress.js
const MAX_WIDTH = 800; // 图片最大宽度

function compress(base64, quality, mimeType) {
  let canvas = document.createElement("canvas");
  let img = document.createElement("img");
  img.crossOrigin = "anonymous";
  return new Promise((resolve, reject) => {
    img.src = base64;
    img.onload = () => {
      let targetWidth, targetHeight;
      if (img.width > MAX_WIDTH) {
        targetWidth = MAX_WIDTH;
        targetHeight = (img.height * MAX_WIDTH) / img.width;
      } else {
        targetWidth = img.width;
        targetHeight = img.height;
      }
      canvas.width = targetWidth;
      canvas.height = targetHeight;
      let ctx = canvas.getContext("2d");
      ctx.clearRect(0, 0, targetWidth, targetHeight); // 清除画布
      ctx.drawImage(img, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
      let imageData = canvas.toDataURL(mimeType, quality / 100);
      resolve(imageData);
    };
  });
}

对于返回的 Data URL 格式的图片数据，为了进一步减少传输的数据量，我们可以把它转换为 Blob 对象：

function dataUrlToBlob(base64, mimeType) {
  let bytes = window.atob(base64.split(",")[1]);
  let ab = new ArrayBuffer(bytes.length);
  let ia = new Uint8Array(ab);
  for (let i = 0; i < bytes.length; i++) {
    ia[i] = bytes.charCodeAt(i);
  }
  return new Blob([ab], { type: mimeType });
}

在转换完成后，我们就可以压缩后的图片对应的 Blob 对象封装在 FormData 对象中，然后再通过 AJAX 提交到服务器上：

function uploadFile(url, blob) {
  let formData = new FormData();
  let request = new XMLHttpRequest();
  formData.append("image", blob);
  request.open("POST", url, true);
  request.send(formData);
}

其实 Canvas 对象除了提供 toDataURL() 方法之外，它还提供了一个 toBlob() 方法，该方法的语法如下：

canvas.toBlob(callback, mimeType, qualityArgument)

和 toDataURL() 方法相比，toBlob() 方法是异步的，因此多了个 callback 参数，这个 callback 回调方法默认的第一个参数就是转换好的 blob文件信息。

介绍完上述的内容，我们来看一下本地图片压缩完整的示例：

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>本地图片压缩</title>
  </head>
  <body>
    <input type="file" accept="image/*" onchange="loadFile(event)" />
    <script src="./compress.js"></script>
    <script>
      const loadFile = function (event) {
        const reader = new FileReader();
        reader.onload = async function () {
          let compressedDataURL = await compress(
            reader.result,
            90,
            "image/jpeg"
          );
          let compressedImageBlob = dataUrlToBlob(compressedDataURL);
          uploadFile("https://httpbin.org/post", compressedImageBlob);
        };
        reader.readAsDataURL(event.target.files[0]);
      };
    </script>
  </body>
</html>

3.6 生成 PDF 文档

PDF（便携式文件格式，Portable Document Format）是由 Adobe Systems 在 1993 年用于文件交换所发展出的文件格式。在浏览器端，利用一些现成的开源库，比如 jsPDF，我们也可以方便地生成 PDF 文档。

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>客户端生成 PDF 示例</title>
  </head>
  <body>
    <h3>客户端生成 PDF 示例</h3>
    <script src="https://unpkg.com/jspdf@latest/dist/jspdf.min.js"></script>
    <script>
      (function generatePdf() {
        const doc = new jsPDF();
        doc.text("Hello semlinker!", 66, 88);
        const blob = new Blob([doc.output()], { type: "application/pdf" });
        blob.text().then((blobAsText) => {
          console.log(blobAsText);
        });
      })();
    </script>
  </body>
</html>

在以上示例中，我们首先创建 PDF 文档对象，然后调用该对象上的 text() 方法在指定的坐标点上添加 Hello semlinker! 文本，然后我们利用生成的 PDF 内容来创建对应的 Blob 对象，需要注意的是我们设置 Blob 的类型为 application/pdf，最后我们把 Blob 对象中保存的内容转换为文本并输出到控制台。由于内容较多，这里我们只列出少部分输出结果：

%PDF-1.3
%ºß¬à
3 0 obj
<</Type /Page
/Parent 1 0 R
/Resources 2 0 R
/MediaBox [0 0 595.28 841.89]
/Contents 4 0 R
>>
endobj
....

其实 jsPDF 除了支持纯文本之外，它也可以生成带图片的 PDF 文档，比如：

let imgData = 'data:image/jpeg;base64,/9j/4AAQSkZJRgABAQEASABIAAD/...'
let doc = new jsPDF();

doc.setFontSize(40)
doc.text(35, 25, 'Paranyan loves jsPDF')
doc.addImage(imgData, 'JPEG', 15, 40, 180, 160)

Blob 的应用场景还很多，这里我们就不一一列举了，感兴趣的小伙伴可以自行查阅相关资料。

四、Blob 与 ArrayBuffer 的区别

ArrayBuffer 对象用于表示通用的，固定长度的原始二进制数据缓冲区。你不能直接操纵 ArrayBuffer 的内容，而是需要创建一个类型化数组对象或 DataView 对象，该对象以特定格式表示缓冲区，并使用该对象读取和写入缓冲区的内容。

Blob 类型的对象表示不可变的类似文件对象的原始数据。Blob 表示的不一定是 JavaScript 原生格式的数据。File 接口基于 Blob，继承了Blob 功能并将其扩展为支持用户系统上的文件。

4.1 Blob vs ArrayBuffer

除非你需要使用 ArrayBuffer 提供的写入/编辑的能力，否则 Blob 格式可能是最好的。
Blob 对象是不可变的，而 ArrayBuffer 是可以通过 TypedArrays 或 DataView 来操作。
ArrayBuffer 是存在内存中的，可以直接操作。而 Blob 可以位于磁盘、高速缓存内存和其他不可用的位置。
虽然 Blob 可以直接作为参数传递给其他函数，比如 window.URL.createObjectURL()。但是，你可能仍需要 FileReader 之类的 File API 才能与 Blob 一起使用。
Blob 与 ArrayBuffer 对象之间是可以相互转化的：
- 使用 FileReader 的 readAsArrayBuffer() 方法，可以把 Blob 对象转换为 ArrayBuffer 对象；
- 使用 Blob 构造函数，如 new Blob([new Uint8Array(data]);，可以把 ArrayBuffer 对象转换为 Blob 对象。

对于 HTTP 的场景，比如在 AJAX 场景下，Blob 和 ArrayBuffer 可以通过以下方式来使用：

function GET(url, callback) {
  let xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url, true);
  xhr.responseType = 'arraybuffer'; // or xhr.responseType = "blob";
  xhr.send();

  xhr.onload = function(e) {
    if (xhr.status != 200) {
      alert("Unexpected status code " + xhr.status + " for " + url);
      return false;
    }
    callback(new Uint8Array(xhr.response)); // or new Blob([xhr.response]);
  };
}

对于 ArrayBuffer 和 Uint8Array 感兴趣的读者，可以阅读Deno bytes 模块全解析这篇文章。

了解完上述的内容，相信有的读者可能会觉得意犹未尽。那么，对于 Blob 来说还有哪些内容可以继续深入学习的呢？本人下一步的计划是基于 Deno 的源码，来逐步分析 DenoBlob 的具体实现。当然也会顺便分析一下 URL.createObjectURL() 方法和 revokeObjectURL() 方法的实现。

五、参考资源

MDN - Blob
MDN - Data URLs
javascript.info - blob
flaviocopes - blob
arraybuffer-vs-blob
javascript-interview-question-what-is-a-blob

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