File: Blob, ArrayBuffer, TypedArray(Uint8Array)

두선아 Dusuna·2023년 5월 20일
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목표: 이미지 File을 좀 더 제대로 알고 다뤄보자✨
개요: 웹 어플리케이션에서 파일을 다루는데 사용되는 개념인 Blob, ArrayBuffer, Binary Data에 대해 알아보겠습니다. 파일 처리, 데이터 전송, 이미지 처리에 사용되는 개념입니다.

1. CodeSandbox 실험
https://codesandbox.io/s/unit8array-raw-binary-data-buffer-z3ki4q?file=/src/form/Form.jsx:275-694

2. MDN 레퍼런스
Blob: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Blob
Binary Data Buffer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/ArrayBuffer
TypedArray: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/TypedArray
Unit8Array: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Uint8Array


1. Blob이 대체 뭐야?🤔

The Blob object represents a blob, which is a file-like object of immutable, raw data
Blob - Web APIs | MDN

File과 Blob

웹 개발을 하면서 File을 다루다보면 Blob을 보셨을 거라고 생각해요. Blob은 뭐 하는 친구일까요?

  • FileBlob은 모두 웹 플랫폼에서 파일 데이터를 나타내는 객체입니다.

    • 이 두 객체는 상속 관계에 있으며, FileBlob의 확장입니다.
    • FileBlob을 상속하므로 Blob의 메서드와 속성을 모두 사용할 수 있습니다. 또한 File은 파일과 관련된 메타데이터를 추가로 포함하고 있어 파일에 대한 정보를 더욱 쉽게 액세스할 수 있습니다.
  • Blob은 일반적인 이진 데이터 또는 텍스트 데이터의 컨테이너로 사용되고,
    File은 주로 파일 업로드 및 관련 작업에 활용됩니다.

    FileBlob
    설명파일 데이터 컨테이너 및 추가 메타데이터 포함이진 또는 텍스트 데이터 컨테이너
    상속Blob을 상속함N/A
    사용법파일 처리 및 업로드 등 파일 관련 작업에 사용데이터 컨테이너로 사용
    소스일반적으로 사용자 입력에서 얻어진 파일의 객체이진 데이터 또는 텍스트 데이터
    메타데이터파일 이름, 크기, 유형 등의 메타데이터 포함추가 메타데이터 없음
    메서드Blob의 메서드 상속 + 파일 관련 메서드slice(), stream(), text(), arrayBuffer()
    사용 예시사용자가 선택한 파일 처리, 파일 조작 등이미지 업로드, 이진 데이터 처리

Blob, Binary Large Object

Blob은 이진 데이터(binary data)를 다룹니다.

  • 파일이나 이미지와 같은 바이너리 데이터를 Blob 객체로 표현할 수 있습니다.

    • Blob 객체는 읽기 전용입니다.

    • 속성과 메서드를 제공하여, 파일에 대한 작업을 수행할 수 있습니다.

      메서드설명
      Blob.slice()Blob의 일부를 잘라내어 새로운 Blob을 생성
      Blob.arrayBuffer()Blob을 ArrayBuffer 형식으로 비동기적으로 변환
      Blob.text()Blob을 텍스트로 비동기적으로 변환
      Blob.stream()Blob을 ReadableStream 형태로 반환
      Blob.stream().getReader()ReadableStream으로부터 데이터를 읽을 Reader 객체를 반환

Blob 만들어보기

const obj = { hello: "world" };
const blob = new Blob([JSON.stringify(obj, null, 2)], {
  type: "application/json",
});

2. arrayBuffer 알아보기

arraryBuffer 메소드란?

arrayBuffer는 ArrayBuffer객체를 반환하는 Promise를 반환하는 비동기적인 메서드입니다.

  • Promise, ArraryBuffer
        

고정된 길이의 이진 데이터 버퍼

ArrayBuffer는 고정된 길이의 이진 데이터 버퍼를 나타내는 JavaScript의 내장 객체입니다.

❓ 고정된 길이가 어떻게 되는데요?

ArrayBuffer의 크기(고정된 길이)는 생성할 때 지정됩니다. 크기는 바이트 단위로 지정되며, 0 이상의 정수로 설정할 수 있습니다. 예를 들어, new ArrayBuffer(16)은 16바이트 크기의 ArrayBuffer를 생성합니다.

Uint8Array, Int16Array, Float32Array 등의 TypedArray를 사용하여 ArrayBuffer의 버퍼를 읽고 쓸 수 있습니다. 이러한 TypedArray는 ArrayBuffer의 메모리 버퍼를 특정 데이터 형식으로 해석하고 조작할 수 있도록 도와줍니다.

📌 TypedArray의 예시

TypedArray object describes an array-like view of an underlying binary data buffer.

TypedArray - JavaScript | MDN

TypedArraySize in bytes사용 예시
Int8Array1 byte부호 있는 8비트 정수 값을 다룰 때 사용
Uint8Array1 byte부호 없는 8비트 정수 값을 다룰 때 사용
Uint8ClampedArray1 byte0에서 255 사이의 부호 없는 8비트 정수 값을 다룰 때 사용
Int16Array2 bytes부호 있는 16비트 정수 값을 다룰 때 사용
Uint16Array2 bytes부호 없는 16비트 정수 값을 다룰 때 사용
Int32Array4 bytes부호 있는 32비트 정수 값을 다룰 때 사용
Uint32Array4 bytes부호 없는 32비트 정수 값을 다룰 때 사용
Float32Array4 bytes32비트 단정밀도 부동소수점 값을 다룰 때 사용
Float64Array8 bytes64비트 배정밀도 부동소수점 값을 다룰 때 사용
BigInt64Array8 bytes64비트 부호 있는 정수 값을 다룰 때 사용 (BigInt 형식)
BigUint64Array8 bytes64비트 부호 없는 정수 값을 다룰 때 사용 (BigInt 형식)

❓ 이진 데이터 버퍼가 뭔가요?

이진 데이터 버퍼는 컴퓨터에서 이진 데이터를 저장하는 메모리의 일부분입니다.
이진 데이터는 0과 1로 구성된 비트(bit)의 나열로 표현되는 데이터를 말합니다.

컴퓨터에서는 모든 데이터가 이진 형태로 저장되며, 숫자, 문자, 이미지, 오디오, 비디오 등 모든 유형의 데이터가 이진 데이터로 표현됩니다.

사용하는 이유!

  1. ArrayBuffer는 일반적으로 이진 데이터를 효율적으로 다루기 위해 사용됩니다.
    • 예를 들어, 이미지, 오디오, 비디오, 파일 등과 같은 바이너리 데이터는 ArrayBuffer를 사용하여 메모리에 할당된 버퍼에 저장됩니다.
      이를 통해 JavaScript는 바이너리 데이터를 처리하고 조작할 수 있습니다.
  2. 파일이나 네트워크 요청 등에서 데이터를 비동기적으로 읽을 때 사용됩니다.
    • 일반적으로 FileReader와 함께 사용되며, 파일을 비동기적으로 읽은 후 ArrayBuffer로 변환하여 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.

📌 같이 알아두기: 이진 데이터

binary 파일:

  • 저장과 처리 목적을 위해 이진 형식으로 인코딩 된 데이터 파일입니다.
  • 숫자, 문자, 이미지, 오디오, 비디오 등 모든 종류의 데이터를 포함할 수 있습니다.

raw 파일:

  • 특정 파일 형식의 헤더나 압축 등의 처리를 거치지 않고 그대로 저장한 순수한 이진 데이터 파일입니다.
  • 주로 이미지, 오디오, 비디오 등의 바이너리 데이터를 저장하기 위해 사용됩니다.

3. file 주시구요, binary data로 주세요.

🥪 안 드시는 야채 있으세요?

CodeSandBox 실험!

Unit8Array : raw binary data buffer - CodeSandbox

파일을 저장하려 할 때, 다음 이미지와 같이 Filename, size, lastModified 등, 원하지 않는 메타 정보까지 전부 포함하고 있습니다.

  • 만약에 이 이미지 파일의 raw 데이터만 저장하고 싶다면 어떻게 해야 할까요?
const file = e.target.files[0];

Blob.arrayBuffer()

arrayBuffer는 ArrayBuffer 객체를 반환하는 Promise를 반환합니다.

const buffer = await file.arrayBuffer();

다만 비동기로 받은 ArrayBuffer는 콘솔에서는 확인할 수 없습니다.

📌 console에서 arrayBuffer를 확인할 수 없는 이유

콘솔에서 arrayBuffer를 직접 출력하면 예상한 결과가 표시되지 않는 이유는 arrayBuffer가 바이너리 데이터를 포함하는 특수한 형식이기 때문입니다. arrayBuffer는 일련의 바이트로 이루어진 버퍼로서 텍스트로 직접 해석하기 어렵거나 의미가 없는 이진 데이터를 포함할 수 있습니다.

  • reader가 onload된 후, JSON.stringify를 통해 확인할 수 있습니다.
console.log("Buffer Stringify: ", JSON.stringify(unit8Buffer, null, 2));

👉 JSON.stringify()

JSON의 stringify 메소드는 JavaScript 객체나 배열을 JSON 문자열로 변환하는 함수입니다. JSON.stringify() 메서드는 세 개의 매개변수를 받습니다.

  • 첫 번째 매개변수: 변환할 JavaScript 객체 또는 배열입니다.
  • 두 번째 매개변수: replacer 함수로, 원하는 속성을 필터링하거나 변환하는데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 null을 전달하여 모든 속성을 변환합니다.
  • 세 번째 매개변수: 들여쓰기(indentation)에 사용되는 공백 문자 number입니다. 2를 전달하면 2칸의 공백 문자로 들여쓰기가 적용됩니다.

Unit8Array

📎 Unit8Array는 부호 없는 8비트 정수 값을 다룰 때 사용하는 TypedArray입니다.

  • TypedArraybuffer 속성을 통해 같은 메모리를 공유하며, TypedArray.from() 메서드나 생성자 함수 등을 사용하여
    서로 다른 TypedArray 사이에서 쉽게 데이터를 변환할 수 있습니다.
  • 웹 브라우저, Node.js, 웹 워커 등 다양한 플랫폼과 환경에서 일관된 방식으로 사용할 수 있습니다.
    이는 코드를 여러 플랫폼에서 재사용하거나 이식성을 높일 수 있는 장점을 제공합니다.

왜 Unit8Array죠?

이유 A. 효율적인 메모리 사용

Uint8Array는 8비트 부호 없는 정수 값을 저장하기 위해 1바이트를 사용합니다.
본문 상단에서 정리했던 것과 같이, 다른 TypedArray는 더 큰 크기의 데이터를 저장하기 위해 더 많은 바이트를 사용하는 경우가 있습니다.
따라서, Uint8Array로 메모리 사용을 더 효율적으로 관리할 수 있습니다.

이유 B. 이미지 파일의 픽셀 데이터 표현

대부분의 이미지 파일은 8비트 픽셀 데이터로 구성되어 있습니다.

  • Uint8Array는 8비트 부호 없는 정수를 다루는 TypedArray로서, 이미지 파일의 픽셀 데이터를 표현하기에 적합합니다.
  • 이미지 파일은 픽셀 값들의 배열로 구성되어 있으며, 각 픽셀은 RGB 값(각 색상이 0~255) 또는 RGBA 값으로 표현됩니다.
    Uint8Array는 0부터 255까지의 값을 표현할 수 있기 때문에 픽셀 데이터를 정확하게 표현할 수 있습니다.

ArrayBuffer를 변환하기

이미지를 Unit8Array 형태의 바이트 데이터로 변환합니다.

  • new Unit8Array()
    const imageByteData = [...new Unit8Array(buffer)]; 
    // buffer: 위에서 반환 받은 ArrayBuffer

Unit8Array를 spread하는 이유!

new Uint8Array(buffer)[...new Uint8Array(buffer)]로 spread하는 이유는 Uint8Array를 JavaScript의 일반 배열로 변환하기 위해서입니다.

  • Uint8Array는 TypedArray로서, 이진 데이터를 효율적으로 다룰 수 있는 배열 형태입니다.
    하지만 Uint8Array는 일반 배열과는 다른 특징을 가지고 있습니다.
    예를 들어, Uint8Arraymap, filter, reduce와 같은 배열 메소드를 직접적으로 사용할 수 없습니다.
  • 따라서, Uint8Array의 값을 가지는 일반 배열을 사용하기 위해, spread 연산자(...)를 사용합니다.

다음과 같이 이진 데이터를 화면에 출력하여 확인할 수 있습니다.

다음과 같은 형태의 Uint8Array binary data를 데이터 저장, 통신에 사용할 수 있습니다.

<div>
  <h4>이진 데이터 binary data: </h4>
  <div style={{ fontSize: "10px", maxWidth: "320px" }}>
    {arrayBuffer && JSON.stringify(arrayBuffer, null, 2)}
  </div>
</div>

결론

이미지 파일과 관련하여 Binary Data(TypedArray), Blob, ArrayBuffer에 대해 알아보았습니다😎

🥪 이미지 데이터를 Blob, ArrayBuffer, Uint8Array 등을 활용하여, 이진 형식으로 변환하고 처리할 수 있습니다.

이를 통해 웹 애플리케이션에서 이미지 업로드와 관련된 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.

  1. 이미지 업로드:
    사용자가 이미지 파일을 선택하면 해당 파일은 JavaScript에서 File 객체로 나타낼 수 있습니다.
  • File 객체는 Blob의 하위 클래스이며, 파일에 대한 정보와 데이터를 포함합니다.
    • 사용자가 선택한 이미지 파일은 FileReader를 사용하여 비동기적으로 읽을 수 있습니다.
  • FileReaderreadAsArrayBuffer() 메서드를 호출하여 이미지 파일을 ArrayBuffer로 변환할 수 있습니다.
  1. 이미지 데이터 활용:
    readAsArrayBuffer() 메서드의 완료 이벤트 핸들러에서, 이미지 파일의 ArrayBuffer 데이터를 가져옵니다.
    • ArrayBuffer를 사용하여 Uint8Array로 변환합니다. Uint8Array는 8비트 부호 없는 정수 배열로, 이진 데이터를 처리하기에 적합합니다.
      이 데이터를 서버로 전송하여 저장하거나, 브라우저 내에서 이미지를 가공하거나 표시하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다.
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