当JavaScript遇上UINT64

导语：写下这篇文章的缘由是因为在项目过程中，碰到了一个使用JavaScript处理 UINT64 类型数字的坑。

与大部分现代编程语言（包括几乎所有的脚本语言）一样，JavaScript中的数字类型是基于 IEEE 754 标准来实现的，该标准通常也被称为“浮点数”。JavaScript使用的是“双精度”格式（即64位二进制）。

较小的数值

不仅仅是JavaScript，所有遵循 IEEE 754 规范的语言都会碰到如下问题：

0.1 + 0.2 === 0.3; // false

从数学角度来说，上面的条件判断结果应该是true，可实际上却为false。

这是因为，二进制浮点数中的 0.1 和 0.2 并不是十分精确，它们相加的结果并非刚好等于 0.3 ，而是一个比较接近的数字 0.30000000000000004, 所以条件判断的结果为false。

那么该如何处理这种语言上的缺陷呢？

最常见的方法是设置一个误差范围，通常称为“机器精度”（machine epsilon），对JavaScript的数字类型来说，这个值通常是2^-52（2.220446049250313e-16）。

从 ES6 开始，该值定义在Number.EPSILON中，我们可以直接拿来用，也可以为 ES6 之前的版本写polyfill：

if (!Number.EPSILON) {
    Number.EPSILON = Math.pow(2, -52);
}

可以使用Number.EPSILON来比较两个数字是否相等（在指定的误差范围内）：

function numbersCloseEnoughToEqual(n1, n2) {
    return Math.abs(n1 - n2) < Number.EPSILON;
}

let a = 0.1 + 0.2;
let b = 0.3;

numbersCloseEnoughToEqual(a, b); // true
numbersCloseEnoughToEqual(0.0000001, 0.0000002); // false

JavaScript中能够呈现的最大浮点数大约是 1.798e+308（这是一个相当大的数字），它定义在 Number.MAX_VALUE中。最小浮点数定义在 Number.MIN_VALUE中，大约是5e-324，它不是负数，但无限接近于0！

JavaScript中整数的安全范围

上述JavaScript数字的呈现方式决定了“整数”的安全范围远远小于 Number.MAX_VALUE。

能够被“安全”呈现的最大整数是2^53 - 1，即 9007199254740991，在 ES6 中被定义为Number.MAX_SAFE_INTEGER。最小整数是 -9007199254740991，在 ES6 中被定义为Number.MIN_SAFE_INTEGER。

实际上，在前端的应用场景中正负 2^52 - 1 是一个绝对够用的安全整数范围，然而在NodeJS的服务端开发中就不一定了，如数据库中的64位ID（现在QQ号已经需要用UINT64来存储了）。由于JavaScript的数字类型无法精确呈现64位的数值，所以比较将它们保存（转换）为字符串。

我遇到的坑

上个项目，在使用Protocol Buffer协议(下文简称PB协议)与其他语言的后台服务通信的过程中（关于Protocol Buffer协议的介绍可以参考本人的这篇文章），需要将从A服务拿到一个UINT64类型（用户帐号）的整数透传给B服务。

其实之前也在PB协议中遇到过UINT64类型定义的字段，但是当这个UINT64整型小于Number.MAX_SAFE_INTEGER时，我们将它当作正常的Number类型处理是完全没有问题的。不过，这次我遇到的UINT64字段的值全都大于Number.MAX_SAFE_INTEGER，这时我还将它当作Number类型来处理，导致B服务中根本查询不到我传过去的用户帐号。

例如，我从A服务拿到的实际用户帐号是144115197458450067，当我将它转换成Number后，变成了144115197458450080，传给B服务后，B服务告诉我系统中没有这个用户。。。没有debug之前我还以为是B服务出了bug，因为我啥都没做，就是数据透传而已啊！

解决方案

当我们确实需要在JavaScript中对大数值进行处理时，目前还是需要借助相关的工具库。

实际上在使用JavaScript进行PB通信时，我会使用ProtoBuf.js这个库帮我处理pb到json的类型转换，而ProtoBuf.js本身是依赖了一个工具库 long.js 来对 int64 和 uint64 进行处理，long.js 会将上述两种类型转换成long类型对象实例。long.js提供了很多API供我们操作，比如将long类型对象实例转换成其他类型（Number，String，Buffer），或者将一个其它类型转换成long类型对象实例，具体的API可参考 Long.js API

例如，当我从A服务拿到一个UINT64类型的值longValueFromA，此时并需要进行处理时

const Long = require('long'),

function longHandleToString(v) {
    if(Long.isLong(v)) {
        return v.toString(); // 正确
    }
    return v;
}

function longHandleToNumber(v) {
    if(Long.isLong(v)) {
        return v.toNumber(); // 错误！v很可能大于Number.MAX_SAFE_INTEGER，转换成Number后会不精确。
    }
    return v;
}

// longValueFromA已经是一个long类型对象实例：Long { low: 2056032594, high: 33554434, unsigned: true}
longValue = longHandleToString(longValueFromA); // '144115198721823058' 正确！
// longValue = longHandleToNumber(longValueFromA); // 144115197458450080 错误！

然后再将longValue通过PB协议传给B服务时，要做一次类型转换，将string类型转换成long类型对象实例。

longValueToB = Long.fromString(longValue, true);

参考资料

• 《你不知道的JavaScript（中卷）》
• ProtoBuf.js 使用技巧