Base64 — это схема кодирования двоичных значений в текст, преобразующая произвольные двоичные данные (например, изображения, файлы или любые байтовые последовательности) в безопасную печатную ASCII-строку, состоящую из 64-символьного алфавита (A–Z, a–z, 0–9, +, /). Браузеры применяют эту схему в JavaScript для встраивания двоичных данных непосредственно в код/HTML или для передачи двоичных данных в виде текста.

Недавно в браузерах появились удобные и безопасные функции для обработки Base64: Uint8Array.toBase64() и Uint8Array.fromBase64(). Хоть у них и есть множество параметров, смысл их сводится к кодированию и декодированию.

const b64 = Uint8Array.toBase64(bytes);      // Строка          
const recovered = Uint8Array.fromBase64(b64); // Uint8Array 

При кодировании они берут 24 бита из входных данных и разделяют их на четыре сегмента по 6 бит, и каждое 6-битное значение (в интервале от 0 до 63) соотносится с конкретным символом из алфавита Base64: первые 26 символов — это буквы A-Z в верхнем регистре, следующие 26 — a-z в нижнем, затем идут цифры 0-9 и, наконец, символы «+» и «/» в качестве 62-го и 63-го символов. Если длина входных данных не кратна трём байтам, то в качестве заполнителя используется знак «=».

Насколько же быстро могут работать эти функции?

Допустим, мы потребляем 3 байта и генерируем 4 байта на такт CPU. При частоте процессора 4,5 ГГц мы должны выполнять кодирование в Base64 со скоростью 13,5 ГБ/с. В противоположном направлении следует ожидать меньшей производительности. При кодировании допустим любой ввод, то есть подойдут любые двоичные данные. При декодировании же мы должны обрабатывать ошибки и пропускать пробелы.

Я написал браузерный бенчмарк. Можете попробовать его сами в своём браузере.

Я решил протестировать его на своём процессоре Apple M4, чтобы проверить, насколько быстро способны работать разные браузеры. Использовались блоки по 64 КиБ. Скорость замерена относительно двоичных данных.

Похоже, Safari выполняет кодирование чуть медленнее, чем браузеры на основе Chromium (Chrome, Edge, Brave), однако декодирует почти вдвое быстрее. Servo и Firefox справляются почти одинаково плохо; неожиданно было то, что декодирование они выполняют быстрее, чем кодирование. (В новых версиях Firefox, выпущенных после публикации этого поста, производительность лучше.) Можно было бы проверить и другие браузеры, но большинство из них создано на основе Chromium или WebKit.

Для понимания контекста скажу, что накопитель хорошего ноутбука способен поддерживать скорость чтения или записи более 3 ГБ/с. Накопители некоторых дорогих ноутбуков быстрее 5 ГБ/с. Теоретически, WiFi-соединение стандарта Wifi 7 может быть близким к 5 ГБ/с. Некоторые Интернет-провайдеры могут приближаться к обеспечению сравнимых сетевых скоростей, однако ваше Интернет-соединение, скорее всего, во много раз медленнее.

Скорости в большинстве браузеров выше, чем можно было бы наивно предположить. Они быстрее, чем сети и SSD.

Примечание 1. Более низкие скорости декодирования в Chromium-браузерах, похоже, зависят от движка JavaScript V8, который сначала декодирует строку во временный буфер, а уже потом выполняет копирование из этого временного буфера в конечную точку. (См. BUILTIN(Uint8ArrayFromBase64) в v8/src/builtins/builtins-typed-array.cc.)

Примечание 2. Дэнис Палмейро из Mozilla сообщил мне, что ближайшие изменения в Firefox повысят производительность функций Base64. В таблицу выше добавлены новые значения.