Netty ByteBuf（圖解之 2）| 秒懂
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Netty ByteBuf（圖解二）：API 圖解
瘋狂創客圈 Java 分散式聊天室【 億級流量】實戰系列之16 【 部落格園 總入口 】
原始碼工程
寫在前面
大家好，我是作者尼恩。
今天是百萬級流量 Netty 聊天器 打造的系列文章的第16篇，這是一個基礎篇，介紹ByteBuf 的使用。
由於關於ByteBuf的內容比較多，分兩篇文章：
第二篇：圖解 ByteBuf的具體使用
本篇為第二篇。
ByteBuf 的四個邏輯部分
ByteBuf 是一個位元組容器，內部是一個位元組陣列。
從邏輯上來分，位元組容器內部，可以分為四個部分：
第一個部分是已經丟棄的位元組，這部分資料是無效的；
第二部分是可讀位元組，這部分資料是 ByteBuf 的主體資料， 從 ByteBuf 裡面讀取的資料都來自這一部分;
第三部分的資料是可寫位元組，所有寫到 ByteBuf 的資料都會寫到這一段。
第四部分的位元組，表示的是該 ByteBuf 最多還能擴容的大小。
四個部分的邏輯功能，如下圖所示：
ByteBuf 的三個指標
ByteBuf 通過三個整型的指標（index），有效地區分可讀資料和可寫資料，使得讀寫之間相互沒有衝突。
這個三個指標，分別是：
- readerIndex（讀指標）
- writerIndex（寫指標）
- maxCapacity（最大容量）
這三個指標，是三個int 型的成員屬性，定義在 AbstractByteBuf 抽象基類中。
三個指標的程式碼截圖，如下：
readerIndex 讀指標
指示讀取的起始位置。
每讀取一個位元組，readerIndex 自增1 。一旦 readerIndex 與 writerIndex 相等，ByteBuf 不可讀 。
writerIndex 寫指標
指示寫入的起始位置。
每寫一個位元組，writerIndex 自增1。一旦增加到 writerIndex 與 capacity（） 容量相等，表示 ByteBuf 已經不可寫了 。
capacity（）容量不是一個成員屬性，是一個成員方法。表示 ByteBuf 內部的總容量。 注意，這個不是最大容量。
maxCapacity 最大容量
指示可以 ByteBuf 擴容的最大容量。
當向 ByteBuf 寫資料的時候，如果容量不足，可以進行擴容。
擴容的最大限度，直到 capacity（） 擴容到 maxCapacity為止，超過 maxCapacity 就會報錯。
capacity（）擴容的操作，是底層自動進行的。
ByteBuf 的三組方法
從三個維度三大系列，介紹ByteBuf 的常用 API 方法。
第一組：容量系列
方法 一：capacity()
表示 ByteBuf 的容量，包括丟棄的位元組數、可讀位元組數、可寫位元組數。
方法二：maxCapacity()
表示 ByteBuf 底層最大能夠佔用的最大位元組數。當向 ByteBuf 中寫資料的時候，如果發現容量不足，則進行擴容，直到擴容到 maxCapacity。
第二組：寫入系列
方法一：isWritable()
表示 ByteBuf 是否可寫。如果 capacity（） 容量大於 writerIndex 指標的位置 ，則表示可寫。否則為不可寫。
isWritable()的原始碼，也是很簡單的。具體如下：
public boolean isWritable() {
return this.capacity() > this.writerIndex;
}注意：如果 isWritable() 返回 false，並不代表不能往 ByteBuf 中寫資料了。 如果Netty發現往 ByteBuf 中寫資料寫不進去的話，會自動擴容 ByteBuf。
方法二：writableBytes()
返回表示 ByteBuf 當前可寫入的位元組數，它的值等於 capacity（）- writerIndex。
如下圖所示：
方法三：maxWritableBytes()
返回可寫的最大位元組數，它的值等於 maxCapacity-writerIndex 。
方法四：writeBytes(byte[] src)
把位元組陣列 src 裡面的資料全部寫到 ByteBuf。
這個是最為常用的一個方法。
方法五：writeTYPE(TYPE value） 基礎型別寫入方法
基礎資料型別的寫入，包含了 8大基礎型別的寫入。
具體如下：writeByte()、 writeBoolean()、writeChar()、writeShort()、writeInt()、writeLong()、writeFloat()、writeDouble() ，向 ByteBuf寫入基礎型別的資料。
方法六：setTYPE(TYPE value）基礎型別寫入，不改變指標值
基礎資料型別的寫入，包含了 8大基礎型別的寫入。
具體如下：setByte()、 setBoolean()、setChar()、setShort()、setInt()、setLong()、setFloat()、setDouble() ，向 ByteBuf 寫入基礎型別的資料。
setType 系列與writeTYPE系列的不同：
setType 系列 不會 改變寫指標 writerIndex ；
writeTYPE系列 會 改變寫指標 writerIndex 的值。
方法七：markWriterIndex() 與 resetWriterIndex()
這裡兩個方法一起介紹。
前一個方法，表示把當前的寫指標writerIndex 儲存在 markedWriterIndex 屬性中；
後一個方法，表示把當前的寫指標 writerIndex 恢復到之前儲存的 markedWriterIndex 值 。
標記 markedWriterIndex 屬性， 定義在 AbstractByteBuf 抽象基類中。
截圖如下：
第三組：讀取系列
方法一：isReadable()
表示 ByteBuf 是否可讀。如果 writerIndex 指標的值大於 readerIndex 指標的值 ，則表示可讀。否則為不可寫。
isReadable()的原始碼，也是很簡單的。具體如下：
public boolean isReadable() {
return this.writerIndex > this.readerIndex;
}方法二：readableBytes()
返回表示 ByteBuf 當前可讀取的位元組數，它的值等於 writerIndex - readerIndex 。
如下圖所示：
方法三： readBytes(byte[] dst)
把 ByteBuf 裡面的資料全部讀取到 dst 位元組陣列中，這裡 dst 位元組陣列的大小通常等於 readableBytes() 。 這個方法，也是最為常用的一個方法。
方法四：readType(） 基礎型別讀取
基礎資料型別的讀取，可以讀取 8大基礎型別。
具體如下：readByte()、readBoolean()、readChar()、readShort()、readInt()、readLong()、readFloat()、readDouble() ，從 ByteBuf讀取對應的基礎型別的資料。
方法五：getTYPE(TYPE value）基礎型別讀取，不改變指標值
基礎資料型別的讀取，可以讀取 8大基礎型別。
具體如下：getByte()、 getBoolean()、getChar()、getShort()、getInt()、getLong()、getFloat()、getDouble() ，從 ByteBuf讀取對應的基礎型別的資料。
getType 系列與readTYPE系列的不同：
getType 系列 不會 改變讀指標 readerIndex ；
readTYPE系列 會 改變讀指標 readerIndex 的值。
方法六：markReaderIndex() 與 resetReaderIndex()
這裡兩個方法一起介紹。
前一個方法，表示把當前的讀指標ReaderIndex 儲存在 markedReaderIndex 屬性中。
後一個方法，表示把當前的讀指標 ReaderIndex 恢復到之前儲存的 markedReaderIndex 值 。
標記 markedReaderIndex 屬性， 定義在 AbstractByteBuf 抽象基類中。
截圖如下：
ByteBuf 的引用計數
Netty 的 ByteBuf 的記憶體回收工作，是通過引用計數的方式管理的。
大致的引用計數的規則如下：
- 預設情況下，當建立完一個 ByteBuf 時，它的引用為1。
- 每次呼叫 retain()方法， 它的引用就加 1 ；
- 每次呼叫 release() 方法，是將引用計數減 1。
如果引用為0，再次訪問這個 ByteBuf 物件，將會丟擲異常。
如果引用為0，表示這個 ByteBuf 沒有地方被引用到，需要回收記憶體。
Netty的記憶體回收分為兩種情況：
- Pooled 池化的記憶體，放入可以重新分配的 ByteBuf 池子，等待下一次分配。
- Unpooled 未池化的 ByteBuf 記憶體，確保GC 可達，確保 能被 JVM 的 GC 回收器回收到。
ByteBuf 的淺層複製
ByteBuf 的淺層複製分為兩種，有切片slice 淺層複製，和duplicate 淺層複製。
slice 切片淺層複製
首先說明一下，這是一種非常重要的操作。可以很大程度的避免記憶體拷貝。這一點，對於大規模訊息通訊來說，是非常重要的。
slice 操作可以獲取到一個 ByteBuf 的一個切片。一個ByteBuf，可以進行多次的切片操作，多個切片可以共享一個儲存區域的 ByteBuf 物件。
slice 操作方法有兩個過載版本：
- public ByteBuf slice();
public ByteBuf slice(int index, int length);
兩個版本有非常緊密的聯絡。
不帶引數的 slice 方法，等同於 buf.slice(buf.readerIndex(), buf.readableBytes()) 呼叫, 即返回 ByteBuf 例項中可讀部分的切片。
而帶引數 slice(int index, int length) 方法，可以通過靈活的設定不同的引數，來獲取到 buf 的不同區域的切片。
呼叫slice（）方法後，返回的 ByteBuf 的切片，大致如下圖：
呼叫slice（）方法後，返回的ByteBuf 切片的屬性，大致如下：
slice 的 readerIndex（讀指標）的值為 0
slice 的 writerIndex（寫指標） 的 值為源Bytebuf的 readableBytes() 可讀位元組數。
slice 的 maxCapacity（最大容量） 的值為源Bytebuf的 readableBytes() 可讀位元組數。maxCapacity 與 writerIndex 值相同，切片不可以寫。
切片的可讀位元組數，為自己的 writerIndex - readerIndex。所有，切片和源Bytebuf的 readableBytes() 可讀位元組數相同。
也就是說，切片可讀，不可寫。
slice（）切片和原ByteBuf的聯絡：
- 切片不會拷貝原ByteBuf底層資料，底層陣列和原ByteBuf的底層陣列是同一個
- 切片不會改變原 ByteBuf 的引用計數。
根本上，呼叫slice（）方法生成的切片，是 源Bytebuf 可讀部分的淺層複製。
下面的例子展示了 ByteBuf.slice 方法的演示:
public static void testSlice() {
ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(9, 100);
print("allocate ByteBuf(9, 100)", buffer);
buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
print("writeBytes(1,2,3,4)", buffer);
ByteBuf buffer1= buffer.slice();
print("buffer slice", buffer1);
}結果如下：
after ===========allocate ByteBuf(9, 100)============
capacity(): 9
maxCapacity(): 100
readerIndex(): 0
readableBytes(): 0
isReadable(): false
writerIndex(): 0
writableBytes(): 9
isWritable(): true
maxWritableBytes(): 100
after ===========writeBytes(1,2,3,4)============
capacity(): 9
maxCapacity(): 100
readerIndex(): 0
readableBytes(): 4
isReadable(): true
writerIndex(): 4
writableBytes(): 5
isWritable(): true
maxWritableBytes(): 96
after ===========buffer slice============
capacity(): 4
maxCapacity(): 4
readerIndex(): 0
readableBytes(): 4
isReadable(): true
writerIndex(): 4
writableBytes(): 0
isWritable(): false
maxWritableBytes(): 0
duplicate() 淺層複製
duplicate() 返回的是源ByteBuf 的整個物件的一個淺層複製，包括如下內容：
- duplicate() 會建立自己的讀寫指標，但是值與源ByteBuf 的讀寫指標相同；
- duplicate() 不會改變源 ByteBuf 的引用計數
- duplicate() 不會拷貝 源ByteBuf 的底層資料
duplicate() 和slice() 方法，都是淺層複製。不同的是，slice() 方法是切取一段的淺層複製，duplicate() 是整個的淺層複製。
淺層複製的問題
淺層複製方法不會拷貝資料，也不會改變 ByteBuf 的引用計數，這就會導致一個問題。
在源 ByteBuf 呼叫 release() 之後，引用計數為零，變得不能訪問。這個時候，源 ByteBuf 的淺層複製例項，也不能進行讀寫。如果再對淺層複製例項進行讀寫，就會報錯。
因此，在呼叫淺層複製例項時，可以通過呼叫一次 retain() 方法 來增加引用，表示它們對應的底層的記憶體多了一次引用，引用計數為2，在淺層複製例項用完後，需要呼叫兩次 release() 方法，將引用計數減一，不影響源ByteBuf的記憶體釋放。
寫在最後
至此為止，終於完成ByteBuf的具體使用B介紹。
如果想知道ByteBuf的分配、釋放， 請看：
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