Netty 在資料傳輸過程中，會使用緩衝區設計來提高傳輸效率。雖然，Java 在 NIO 程式設計中已提供 ByteBuffer 類進行使用，但是在使用過程中，其編碼方式相對來說不太友好，也存在一定的不足。所以高效能的 Netty 框架實現了一套更加強大，完善的 ByteBuf，其設計理念也是堪稱一絕。

ByteBuffer 分析

在分析 ByteBuf 之前，先簡單講下 ByteBuffer 類的操作。便於更好理解 ByteBuf 。

ByteBuffer 的讀寫操作共用一個位置指標，讀寫過程通過以下程式碼案例分析：

// 分配一個緩衝區，並指定大小
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
// 設定當前最大快取區大小限制
buffer.limit(15);
System.out.println(String.format("allocate: pos=%s lim=%s cap=%s", buffer.position(), buffer.limit(), buffer.capacity()));

String content = "ytao公眾號";
// 向緩衝區寫入資料
buffer.put(content.getBytes());
System.out.println(String.format("put: pos=%s lim=%s cap=%s", buffer.position(), buffer.limit(), buffer.capacity()));
 

其中列印了緩衝區三個引數，分別是：

• position 讀寫指標位置
• limit 當前快取區大小限制
• capacity 緩衝區大小

列印結果：

當我們寫入內容後，讀寫指標值為 13，ytao公眾號英文字元佔 1 個 byte，每個中文佔 4 個 byte，剛好 13，小於設定的當前緩衝區大小 15。

接下來，讀取內容裡的 ytao 資料：

buffer.flip();
System.out.println(String.format("flip: pos=%s lim=%s cap=%s", buffer.position(), buffer.limit(), buffer.capacity()));

byte[] readBytes = new byte[4];
buffer.get(readBytes);
System.out.println(String.format("get(4): pos=%s lim=%s cap=%s", buffer.position(), buffer.limit(), buffer.capacity()));

String readContent = new String(readBytes);
System.out.println("readContent:"+readContent);
 

讀取內容需要建立個 byte 陣列來接收，並制定接收的資料大小。

在寫入資料後再讀取內容，必須主動呼叫ByteBuffer#flip或ByteBuffer#clear。

ByteBuffer#flip它會將寫入資料後的指標位置值作為當前緩衝區大小，再將指標位置歸零。會使寫入資料的緩衝區改為待取資料的緩衝區，也就是說，讀取資料會從剛寫入的資料第一個索引作為讀取資料的起始索引。

ByteBuffer#flip相關原始碼：

ByteBuffer#clear則會重置 limit 為預設值，與 capacity 大小相同。

接下讀取剩餘部分內容：

第二次讀取的時候，可使用buffer#remaining

來獲取大於或等於剩下的內容的位元組大小，該函式實現為limit - position，所以當前緩衝區域一定在這個值範圍內。

readBytes = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(readBytes);
System.out.println(String.format("get(remaining): pos=%s lim=%s cap=%s", buffer.position(), buffer.limit(), buffer.capacity()));

列印結果：

以上操作過程中，索引變化如圖：

ByteBuf 讀寫操作

ByteBuf 有讀寫指標是分開的，分別是buf#readerIndex和buf#writerIndex，當前緩衝器大小buf#capacity。

這裡緩衝區被兩個指標索引和容量劃分為三個區域：

• 0 -> readerIndex 為已讀緩衝區域，已讀區域可重用節約記憶體，readerIndex 值大於或等於 0
• readerIndex -> writerIndex 為可讀緩衝區域，writerIndex 值大於或等於 readerIndex
• writerIndex -> capacity 為可寫緩衝區域，capacity 值大於或等於 writerIndex

如下圖所示：

分配緩衝區

ByteBuf 分配一個緩衝區，僅僅給定一個初始值就可以。預設是 256。初始值不像 ByteBuffer 一樣是最大值，ByteBuf 的最大值是Integer.MAX_VALUE

ByteBuf buf = Unpooled.buffer(13);
System.out.println(String.format("init: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

列印結果：

寫操作

ByteBuf 寫操作和 ByteBuffer 類似，只是寫指標是單獨記錄的，ByteBuf 的寫操作支援多種型別，有以下多個API：

寫入位元組陣列型別：

String content = "ytao公眾號";
buf.writeBytes(content.getBytes());
System.out.println(String.format("write: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

列印結果：

索引示意圖：

讀操作

一樣的，ByteBuf 寫操作和 ByteBuffer 類似，只是寫指標是單獨記錄的，ByteBuf 的讀操作支援多種型別，有以下多個API：

從當前 readerIndex 位置讀取四個位元組內容：

byte[] dst = new byte[4];
buf.readBytes(dst);
System.out.println(new String(dst));
System.out.println(String.format("read(4): ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

列印結果：

索引示意圖：

ByteBuf 動態擴容

通過上面的 ByteBuffer 分配緩衝區例子，向裡面新增 [ytao公眾號ytao公眾號] 內容，使寫入的內容大於 limit 的值。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
buffer.limit(15);

String content = "ytao公眾號ytao公眾號";
buffer.put(content.getBytes());

執行結果異常：

內容位元組大小超過了 limit 的值時，緩衝區溢位異常，所以我們每次寫入資料前，得檢查緩區大小是否有足夠空間，這樣對編碼上來說，不是一個好的體驗。

使用 ByteBuf 新增同樣的內容，給定同樣的初始容器大小。

ByteBuf buf = Unpooled.buffer(15);
String content = "ytao公眾號ytao公眾號";
buf.writeBytes(content.getBytes());
System.out.println(String.format("write: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

列印執行結果:

通過上面列印資訊，可以看到 cap 從設定的 15 變為了 64，當我們容器大小不夠時，就是進行擴容，接下來我們分析擴容過程中是如何做的。
進入 writeBytes 裡面：

校驗寫入內容長度：

在可寫區域檢查裡：

• 如果寫入內容為空，丟擲非法引數異常。
• 如果寫入內容大小小於或等於可寫區域大小，則返回當前緩衝區，當中的writableBytes()函式為可寫區域大小capacity - writerIndex
• 如果寫入內容大小大於最大可寫區域大小，則丟擲索引越界異常。
• 最後剩下條件的就是寫入內容大小大於可寫區域，小於最大區域大小，則分配一個新的緩衝區域。

在容量不足，重新分配緩衝區的裡面，以 4M 為閥門：

• 如果待寫內容剛好為 4M, 那麼就分配 4M 的緩衝區。
• 如果待寫內容超過這個閥門且與閥門值之和不大於最大容量值，就分配(閥門值+內容大小值)的緩衝區；如果超過這個閥門且與閥門值之和大於最大容量值，則分配最大容量的緩衝區。
• 如果待寫內容不超過閥門值且大於 64，那麼待分配緩衝區大小就以 64 的大小進行倍增，直到相等或大於待寫內容。
• 如果待寫內容不超過閥門值且不大於 64，則返回待分配緩衝區大小為 64。

最後

Netty 實現的緩衝區，八個基本型別中，除了布林型別，其他7種都有自己對應的 Buffer，但是實際使用過程中， ByteBuf 才是我們嘗試用的，它可相容任何型別。ByteBuf 在 Netty 體系中是最基礎也是最重要的一員，要想更好掌握和使用 Netty，先理解並掌握 ByteBuf 是必需條件之一。

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