好的，各位观众老爷们，欢迎来到今天的“WebGL与Canvas数据处理的提速秘籍”讲座！我是你们的老朋友，一位在代码海洋里摸爬滚打多年的老水手，今天就来跟大家聊聊类型数组（Typed Arrays）这个小而美的工具，看看它如何在WebGL和Canvas的数据处理中发挥出惊人的性能优势。
开场白：数据，速度，还有“卡顿”的噩梦
各位，想象一下，你正在做一个炫酷的3D游戏，或者一个令人惊艳的Canvas动画。阳光洒在你的脸上，代码在你指尖飞舞，一切都显得那么美好……直到你发现，动画开始卡顿，3D模型变得迟缓，流畅度就像北京三环早高峰一样令人绝望。😭
别慌，这很正常！在WebGL和Canvas的世界里，数据处理就是性能的命脉。如果你处理的数据量巨大，或者数据结构复杂，传统的JavaScript数组可能会让你陷入“卡顿地狱”。
为什么呢？因为JavaScript数组是“动态数组”，它就像一个万能的工具箱，什么都能装，但什么都不专精。它存储的是混合类型的数据，每次访问都需要进行类型检查，还要面临内存碎片化的风险，这就像让一个百米运动员穿着高跟鞋跑步，速度能快才怪！
所以，我们需要一个更高效、更专业的工具来处理这些数据，它就是——类型数组（Typed Arrays）。
第一幕：类型数组，闪亮登场！
类型数组，顾名思义，就是“有类型的数组”。它就像一个专门定制的工具箱，只装同一种类型的工具，比如锤子、扳手、螺丝刀等等。
类型数组是JavaScript中用于处理二进制数据的特殊数组，它们允许你以更高效的方式存储和操作数值数据。与普通的JavaScript数组不同，类型数组中的元素必须是相同的数据类型，并且在创建时就确定了大小。
类型数组家族成员介绍：
| 类型数组类型 | 描述 | 占用字节 | 取值范围 |
|---|---|---|---|
| Int8Array | 8位有符号整数 | 1 | -128 到 127 |
| Uint8Array | 8位无符号整数 | 1 | 0 到 255 |
| Uint8ClampedArray | 8位无符号整数，超出范围的值会被截断到 0-255 范围内 | 1 | 0 到 255 |
| Int16Array | 16位有符号整数 | 2 | -32768 到 32767 |
| Uint16Array | 16位无符号整数 | 2 | 0 到 65535 |
| Int32Array | 32位有符号整数 | 4 | -2147483648 到 2147483647 |
| Uint32Array | 32位无符号整数 | 4 | 0 到 4294967295 |
| Float32Array | 32位浮点数 | 4 | IEEE 754 单精度浮点数 |
| Float64Array | 64位浮点数 | 8 | IEEE 754 双精度浮点数 |
| BigInt64Array | 64位有符号整数 | 8 | -2^63 到 2^63 – 1 |
| BigUint64Array | 64位无符号整数 | 8 | 0 到 2^64 – 1 |
创建类型数组：
创建类型数组的方式有很多种，就像变魔术一样：
- 直接指定长度：
let int8Array = new Int8Array(10); // 创建一个长度为10的Int8Array，初始值为0
let float32Array = new Float32Array(100); // 创建一个长度为100的Float32Array，初始值为0- 从普通数组创建：
let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
let uint8Array = new Uint8Array(numbers); // 从numbers数组创建一个Uint8Array- 从ArrayBuffer创建：
let buffer = new ArrayBuffer(16); // 创建一个16字节的ArrayBuffer
let int32Array = new Int32Array(buffer); // 从ArrayBuffer创建一个Int32Array，它可以存储4个32位整数ArrayBuffer：类型数组的幕后英雄
这里要重点介绍一下ArrayBuffer。ArrayBuffer是类型数组的底层存储器，它就像一块原始的内存区域，不关心里面存储的是什么类型的数据。类型数组只是ArrayBuffer的视图（View），它负责以特定的数据类型来解释ArrayBuffer中的数据。
你可以把ArrayBuffer想象成一块空白的画布，而类型数组就是不同的画笔，它们用不同的颜色和笔触在画布上作画。
第二幕：类型数组的性能优势，闪瞎你的双眼！
好了，现在我们已经认识了类型数组，接下来就要揭示它真正的秘密武器——性能优势！
- 更少的内存占用：
由于类型数组只存储相同类型的数据，而且在创建时就确定了大小，因此它可以更有效地利用内存空间。相比之下，JavaScript数组需要存储数据的类型信息，以及额外的元数据，这会浪费大量的内存。
想象一下，你有一堆乐高积木，如果把它们都堆在一个大箱子里，会占用很大的空间，而且很难找到你需要的积木。但如果你把它们按照颜色和形状分类，分别放在不同的盒子里，就可以节省大量的空间，而且更容易找到你需要的积木。类型数组就像这些分类好的盒子，可以更有效地利用内存空间。
- 更快的数据访问速度：
类型数组的数据存储是连续的，这意味着CPU可以更快地访问它们。而JavaScript数组的数据存储是不连续的，这会导致CPU需要花费更多的时间来查找数据。
这就像在图书馆里找书，如果所有的书都乱七八糟地堆在一起，你需要花费很长时间才能找到你需要的书。但如果书按照类别和作者排列，你就可以很快地找到你需要的书。类型数组就像排列整齐的书架，可以更快地访问数据。
- 更高效的数值计算：
类型数组非常适合进行数值计算，因为它们可以直接被CPU处理，而不需要进行类型转换。JavaScript数组在进行数值计算时，需要先将数据转换为数值类型，然后再进行计算，这会降低计算速度。
这就像用计算器计算，如果计算器只能计算整数，你需要先把小数转换为整数，然后再进行计算，这会增加计算的步骤。但如果计算器可以直接计算小数，你就可以直接进行计算，节省时间和精力。类型数组就像可以直接计算小数的计算器，可以更高效地进行数值计算。
实战演练：WebGL和Canvas中的类型数组
说了这么多理论，现在让我们来看看类型数组在WebGL和Canvas中的实际应用。
- WebGL：顶点数据、纹理数据、索引数据
在WebGL中，类型数组是必不可少的。顶点数据（Vertex Data）、纹理数据（Texture Data）和索引数据（Index Data）都需要使用类型数组来存储。
- 顶点数据： 用于描述3D模型的顶点坐标、法线、颜色等信息。通常使用Float32Array来存储顶点坐标和法线，使用Uint8Array或Float32Array来存储颜色。
- 纹理数据： 用于存储图像的像素数据。通常使用Uint8Array来存储RGBA格式的像素数据。
- 索引数据： 用于指定3D模型的三角形面片。通常使用Uint16Array或Uint32Array来存储索引。
// 创建一个顶点缓冲区对象（VBO）
let vertexBuffer = gl.createBuffer();
// 创建一个Float32Array来存储顶点数据
let vertices = new Float32Array([
-0.5, -0.5, 0.0, // 顶点1
0.5, -0.5, 0.0, // 顶点2
0.0, 0.5, 0.0 // 顶点3
]);
// 将顶点数据绑定到顶点缓冲区对象
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);- Canvas：图像数据处理、像素操作
在Canvas中，类型数组可以用于图像数据的处理和像素操作。例如，你可以使用Uint8ClampedArray来访问和修改Canvas图像的像素数据。
// 获取Canvas的ImageData对象
let imageData = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 获取像素数据
let pixels = imageData.data; // pixels是一个Uint8ClampedArray
// 修改像素数据
for (let i = 0; i < pixels.length; i += 4) {
// 将红色通道设置为0
pixels[i] = 0;
}
// 将修改后的像素数据写回Canvas
ctx.putImageData(imageData, 0, 0);第三幕：类型数组的进阶技巧，让你更上一层楼！
掌握了类型数组的基本用法，接下来让我们来学习一些进阶技巧，让你在数据处理的道路上更上一层楼！
- DataView：更灵活的数据访问方式
DataView是ArrayBuffer的另一种视图，它允许你以更灵活的方式访问和修改ArrayBuffer中的数据。你可以指定数据的类型、字节序（大小端）和偏移量。
DataView就像一把万能钥匙，可以打开ArrayBuffer中的任何一扇门，访问任何类型的数据。
let buffer = new ArrayBuffer(8);
let dataView = new DataView(buffer);
// 设置一个32位浮点数
dataView.setFloat32(0, 3.1415926);
// 获取一个32位整数
let intValue = dataView.getInt32(4);- SharedArrayBuffer：多线程数据共享的利器
SharedArrayBuffer允许在多个Web Worker线程之间共享内存。这对于需要进行并行计算的应用非常有用。
SharedArrayBuffer就像一个共享的储物柜，多个Worker线程可以同时访问和修改其中的数据。
注意： 使用SharedArrayBuffer需要特别小心，因为多线程并发访问可能会导致数据竞争和死锁。你需要使用Atomics对象提供的原子操作来保证数据的一致性。
- 使用SIMD指令集：加速数值计算
SIMD（Single Instruction, Multiple Data）是一种并行计算技术，它允许CPU同时对多个数据执行相同的操作。
现代浏览器已经支持SIMD指令集，你可以使用SIMD.js API来利用SIMD指令集加速数值计算。
总结：类型数组，数据处理的瑞士军刀！
各位观众老爷们，今天的讲座就到这里了。希望通过今天的讲解，大家对类型数组有了更深入的了解。
类型数组就像数据处理的瑞士军刀，它体积小巧，功能强大，可以帮助你解决各种数据处理难题。掌握类型数组，你就可以在WebGL和Canvas的世界里自由驰骋，创造出更流畅、更炫酷的应用！
最后，送给大家一句至理名言：“工欲善其事，必先利其器。” 选择合适的工具，才能事半功倍！
感谢大家的观看，我们下期再见！👋