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大端和小端字节顺序的区别




大端字节序(Big Endian)和小端字节序(Little Endian)是描述多字节数据在内存中如何布局的术语。这两种字节序的主要区别在于多字节数据的高位字节和低位字节在内存的存储顺序。


大端字节序中,数据的高位字节(Most Significant Byte, MSB)放置在内存的低地址端,后面依次放置低位字节。比如一个16位的数 0x1234 (16进制表示法中,0x 前缀表示其后的数字是16进制数)在内存中的布局(假设起始地址是0x00)将会是:

 

在这里,0x12 是高位字节,而 0x34 是低位字节。这种处理方式类似于我们阅读数字的方式,从左到右。

相反地,在小端字节序中,数据的低位字节(Least Significant Byte, LSB)放置在内存的低地址端,后面依次增加直至高位字节。同样的16位数 0x1234 在内存中的布局将会是:

 

在这里,高位字节和低位字节的顺序与在大端字节序中相反。

在不同字节序的计算机之间确保数据传输的正确性,主要涉及到在发送和接收数据时进行明确的字节序转换和约定统一的交换格式。这里提供几种常见的方法和最佳实践:

  1. 网络字节序
    网络编程中通常采用“网络字节序”,这是一种大端(Big Endian)字节序。无论发送方和接收方的本地字节序是大端还是小端,数据在网络上传输时都需要转换成大端字节序。这样,不同平台的计算机系统在交换数据时可以避免字节序的不一致问题。
  2. 明确转换字节序
    在发送之前,检查数据的字节序并在必要时转换。大多数编程环境提供了字节序转换的函数,例如:
    在C/C++中,可使用htonl()、htons()、ntohl()、ntohs()等函数转换整型和短整型数据的字节序。htonl() 和 htons() 分别将主机字节序转换为网络字节序,而 ntohl() 和 ntohs() 执行相反的操作。
    在Java中,ByteBuffer 类提供了order(ByteOrder)方法来设置字节序,以及转换方法如 getInt(), getShort(), getLong()等,按设置的字节序读取数据。
  3. 协议约定
    设计通信协议时,明确规定数据的字节序。例如,在协议规范文档中指定所有整数字段采用网络字节序(大端)或小端字节序。双方在实现协议时都遵循这一规范,以确保数据的准确解析。
  4. 序列化框架
    使用支持跨平台的序列化框架,如Protocol Buffers、Thrift、JSON等,这些框架能够自动处理字节序问题,使得开发者可以更专注于应用逻辑。通过这些框架,原始数据在发送前被序列化成一种中间表示形式,接收方再将其反序列化,整个过程无需手动处理字节序转换。
  5. 测试和验证
    在开发周期的早期和持续集成过程中,通过交叉测试在不同字节序的系统上的数据交换功能,确保数据传输和解析的正确性。编写单元测试和集成测试来验证数据在发送和接受时是否被正确处理。
    通过上述方法,开发者可以在不同字节序的计算机系统之间确保数据传输的正确性,避免由字节序不一致导致的数据解析错误。
 

这个方法readShort(ByteBuf buffer)旨在从ByteBuf对象中读取一个short类型的值。ByteBuf是Netty中用来操作字节数据的一个类似于ByteBuffer的工具类。
这个方法首先判断了当前系统的字节序(Byte Order)。字节序指的是多字节数据的存放顺序,有两种常见的字节序:
大端字节序(Big Endian):高位字节存放在低地址端。
小端字节序(Little Endian):高位字节存放在高地址端。
根据判断结果,方法会选择合适的方式来读取short类型的值:
如果系统的字节序是大端(BIG_ENDIAN),它使用buffer.readShort()来读取,这意味着它会按照大端字节序读取两个字节并组合成一个short类型的值。
如果系统的字节序不是大端,那么默认为小端(LITTLE_ENDIAN),它使用buffer.readShortLE()来读取,这意味着它会按照小端字节序读取两个字节并组合成一个short类型的值。
该方法返回读取到的short值。
这个方法的作用是确保无论运行代码的机器采用哪种字节序,都能正确地从ByteBuf中读取short数据类型。这在处理跨平台数据交换时非常重要,因为不同的平台可能会有不同的字节序。

字节序的重要性
字节序在数据在不同计算机系统之间传输时尤为关键。如果发送方和接收方的计算机字节序不同,不经转换直接发送数据可能会导致接收方解析错误。所以在网络协议中,通常规范了数据的字节序,比如TCP/IP协议规定,网络传输时数值采用大端字节序。
在处理字节序的问题时,前端开发者和后端开发者需要保持一致的理解和处理方法。在某些编程语言或平台的API中,可以找到处理或转换字节序的函数。
理解这两种字节序以及如何在不同字节序的系统之间正确地转换数据对于进行网络编程和处理二进制数据流至关重要。

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