Доброго времени суток.

Разбор полетов провожу на Reactjs (сторона клиента) и Nodejs (сторона сервера).

Недавно в моем маленьком проекте встал вопрос, как легко и просто можно обмениваться изображениями по типу клиент — сервер.

Сегодня мы научимся отправлять бинарные данные (конкретно изображения ) со стороны клиента и обрабатывать их на сервере. Добро пожаловать в под кат.

Если ваше web-приложение — это соц.сеть или мессенджер или что-то подобное, то вам непременно придется работать с бинарными данными, в большинстве случаев — это обработка изображений. Об этом и пойдет речь.

Чтобы иметь общее представление, я буду толковать последовательно.

Ознакомимся со следующим

1. Двоичная система счисления и десятичная система счисления
2. Кодовая страница: ASCII, Unicode
3. Бит и байт
4. Формат hex
5. Двоичный файл
6. Буффер и потоки nodejs
7. ArrayBuffer и Uint8Array
8. FileReader

Двоичная система счисления и десятичная система счисления.

Это число, которое записывается с помощью двух символов: единиц и нулей.
Простым языком — это 2 (основание) в степени n (количество разрядов), например число 10001 имеет 5 разрядов:

4 разряд = 1; 2^4 = 16;
3 разряд = 0;
2 разряд = 0;
1 разряд = 0;
0 разряд = 1; 2^0 = 1;

1-true — производим расчет;
0-false — не производим расчет;

В итоге получаем 16 + 1 = 17;
Обратной операцией компьютер представляет данные в двоичном виде.

const num = 17; // десятичное число
const binNum = num.toString(2); // преобразование в двоичный вид
const initNum = parseInt(binNum, 2); // обратная операция

Десятичная система счисления — это число, которое записывается с помощью 10 символов, от 0 — 9. Мы используем их повседневно.

Дело в том, что компьютер живет своим представлением информации. Если мы пишем на родном языке или считаем в десятичной системе счисления, то для компьютера все это двоичное представление. Вы спросите: “Что значит двоичное представление?”. Как говорила моя учительница английского, “как слышится, так и пишется”. Компьютер представляет файлы, содержащие текст или иное, или какие-либо вычисления в двоичную систему счисления — это и есть двоичное представление. Языком машины число «17» является — 10001.

Кодовая страница: ASCII, Unicode

Возникает вопрос. Понятно с числами, но как же текст? Как машина будет преобразовывать текст в двоичный вид? Все просто. Для этого существуют кодировки типа ASCII или Unicode. Это простая таблица ( кодовая страница ), где имеется сопоставление нашему символу число, например символ “S” — это число 53 по таблице ASCII, далее компьютер представит число 53 в двоичном виде — 110101.
Что касаемо Unicode — это мощный стандарт, включающий в себя кодировку UTF-8, которая имеет большой спрос в web-пространстве и unix подобных системах. Принцип работы общий.

Бит и байт

Бит — это единица измерения информации компьютером. А мы уже знаем как компьютер представляет информацию. Да! Вы правы. Один бит равен 1 или 0. Для компьютера 1 или 0 — это что-то вроде транзистора, true или false. Теперь понять что такое байт совсем не трудно — это 8 битов, его еще называют октет ( типа состоит из 8 ).

Формат hex

Переходим к “hex” формату. Мы говорили о двоичной системе счисления, десятичной системе, помимо прочего существует и шестнадцатиричная система счисления, верстальщики поймут о чем я. Это число, которое записывается с помощью 16 символов, от 0 — 9 и от a-f. Навивается вопрос: “Зачем так все усложнять?”. Так как единицей памяти является 8-битный байт, все же значение его удобнее записывать двумя шестнадцатиричными цифрами. Также в стандарте Юникода номер символа принято записывать в шестнадцатиричном виде, используя не менее 4 цифр.
Данный формат работает следующим образом: в случае с 8 битным байтом, он делит 8 битов по полам, то есть 10101011 — 1010 | 1011, после преобразует каждую часть соответственно. 1010 — a, 1011 — b;

const num = 196; // десятичное число
const hexNum = num.toString(16); // преобразование в hex вид
const initNum = parseInt(hexNum, 16); // преобразование в десятичный вид - обратная операция

Двоичный файл

Переходим к следующему пункту, его еще называют бинарным файлом — это массив байтов. Почему двоичный? Байты состоят из битов, то есть символов двоичной системы счисления, отсюда и название двоичный. Под категорию двоичный файл подходят абсолютно все файлы, то есть файлы содержащие текст, изображения — все это двоичные файлы, отсюда двоичные данные, отсюда бинарные данные.

Нередко бинарные данные выводятся символами кодовой страницы ASCII, а также в формате hex, в частности изображения. Приведу пример. У нас есть следующее изображение:


Его частичная визуализация представляется в виде hex-agent-smith

ArrayBuffer и Uint8Array

ArrayBuffer — объект для работы с бинарными данными на javascript. Фиксирует длину памяти для работы с бинарником. Например: new ArrayBuffer(256) — создаст массивоподобный объект размером в 256 байт, не больше — не меньше. На каждый байт приходится конкретная информация. ArrayBuffer не является массивом и методы массива к нему не применимы. Вы зададите вопрос, как же его использовать? Объект Uint8Array дает представление ArrayBuffer в беззнаковое 8-битное число, то есть от 0 — 255.

FileReader

FileReader? Это конструктор по созданию следующего:

<input type="file">

Что дальше?

Теперь рассмотрим прекрасный пример, демонстрирующий обработку изображения:

1. Модуль ReactJS
   

   import React, {useState, useRef, useCallback} from 'react';
   import axios from 'axios';
   
   export const UPLOAD_AVATAR = 'http://localhost:8080/api/upload_avatar';
   
   function App() {
     // определим изменяемый ref для объекта FileReader
     const fileRef = useRef(null);
     const [ loading, setLoading ] = useState(false);
   
     const handleSubmit = useCallback( event => {
       event.preventDefault();
   
       const fetchData = async (uint8Array) => {
         try {
           const response = await axios({
             method: 'post',
             url: UPLOAD_AVATAR,
             data: [...uint8Array] // не отправляем в JSON, размер изображения увеличится
           });
   
           setLoading(false);
           console.log(response);
         } catch (e) {
           console.error(e.message, 'function handleSubmit')
         }
       };
   
       if(!fileRef.current) return void null;
   
       const reader = new FileReader();
       reader.onloadend = () => {
         const uint8Array = new Uint8Array(reader.result);
         setLoading(true);
         fetchData(uint8Array);
       };
   
   
       // рекомендованный метод
       reader.readAsArrayBuffer(fileRef.current[0]);
   
       // метод reader.readAsBinaryString(fileRef.current[0]) 
       // согласно MDN,
       // уже был однажды удален из File API specification, 
       // но после его вернули
       // в использование, но все же рекомендуют 
       // использовать readAsArrayBuffer
       // https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/FileReader/readAsBinaryString
     }, []);
   
     const nodeDom = (
       <form onSubmit={handleSubmit}>
         <div>
           <input
             onChange={e => fileRef.current = e.target.files}
             accept="image/*"
             type="file"
             id="button-file"
           />
         </div>
         <button type="submit">{loading ? 'Сохраняю...' : 'Сохранить'}</button>
       </form>
     );
   
     return nodeDom
   }
   
   export default App;
   
                  

   
   
2. Модуль ExpressJS
   

   const express = require("express");
   const cors = require("cors");
   
   const crypto = require('crypto');
   const fs = require('fs');
   
   const PORT = 8080;
   
   const app = express();
   
   app.use(express.static("public"));
   app.use(express.json({ limit: "50mb" }));
   app.use(cors());
   
   app.post("/api/upload_avatar", (req, res) => {
     console.log(req.body);
     const randomString = crypto.randomBytes(5).toString('hex');
     const stream = fs.createWriteStream(`./public/images/${randomString}.png`);
   
     stream.on('finish', function () {
       console.log('file has been written');
       res.end('file has been written');
     });
   
     stream.write(Buffer.from(req.body), 'utf-8');
     stream.end();
   });
   
   app.listen(PORT, () => console.log(`Server running at ${PORT}`));
   
                 

   
   

Итог:

• Для чего нужны кодировки
• Общее представление бинарных данных
• Рекомендуемый способ отправки байтов
• Объект буфера
• Объект FileReader
• Простая реализация на хуках