缓冲区（Buffer）

     缓冲区(Buffer)就是在内存中预留指定大小的存储空间用来对输入/输出(I/O)的数据作临时存储，这部分预留的内存空间就叫做缓冲区：

     使用缓冲区可以减少实际的物理读写次数，而且缓冲区在创建时就被分配内存，这块内存区域一直被重用，可以减少动态分配和回收内存的次数

ByteBuffer

     常用缓冲区就是JDK NIO类库提供的java.nio.Buffer，7种数据类型（Boolean除外）均有自己的缓冲区实现，NIO编程主要用ByteBuffer，ByteBuffer完全可以满足NIO编程的需要，但是由于NIO编程的复杂性，ByteBuffer也有局限性，主要缺点有：

     （1）ByteBuffer长度固定，一旦分配完成，它的容量不能动态扩展和收缩，当需要编码的POJO对象大于ByteBuffer的容量时，会发生索引越界异常

     （2）ByteBuffer只有一个标识位置的指针position，读取的时候需要手工调用flip()和rewind()等

     （3）ByteBuffer的API功能有限，一些高级和实用的特性它不支持

BufferBuf

     BufferBuf是个抽象类，其子类非常多。

     从内存分派角度讲，ByteBuf可以分为两类：

     （1）HeapByteBuf：堆内存字节缓冲区，特点是内存分配和回收速度快，可以被JVM自动回收；缺点就是如果进行了Socket的I/O读写，需要额外做一次内尺寸复制，将堆内存对应的缓冲区复制到内核Channel中，性能会有一定程序下降

     （2）DirectByteBuf：直接缓冲区的字节数组位于JVM堆外的NATIVE堆，由操作系统管理申请和释放，而DirectByteBuf的引用由JVM管理。直接缓冲区由操作系统管理，一方面，申请和释放效率都低于堆缓冲区，另一方面，却可以大大提高IO效率。由于进行IO操作时，常规下用户空间的数据（JAVA即堆缓冲区）需要拷贝到内核空间（直接缓冲区），然后内核空间写到网络SOCKET或者文件中。如果在用户空间取得直接缓冲区，可直接向内核空间写数据，减少了一次拷贝，可大大提高IO效率，这也是常说的零拷贝。

     从内存回收角度讲，ByteBuf可以分为两类：

      （1）UnpooledByteBUf：不使用对象池的缓冲区，不需要创建大量缓冲区对象时建议使用该类缓冲区

      （2）PooledByteBuf：对象缓冲区，当对象释放后会归还给对象池，所以可循环利用，提升内存的使用效率，降低由于高负载导致的频繁GC，当需要大量且频繁创建缓冲区时，建议使用该类缓冲区

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AbstractByteBuf

      AbstractByteBuf继承自ByteBuf，ByteBuf的一些公共属性和功能会在AbstractByteBuf中实现，比如读写索引以及标记索引的维护、容量扩增以及废弃字节丢弃等公共功能，例如：

定义读写索引以及标记索引

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读操作

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      首先对缓冲区的可用空间进行校验，从当前读索引开始，复制length个字节到目标byte数组中。由于不同的子类复制操作的技术实现细节不同，因为该方法由子类实现。如果读取成功，需要对读索引进行递增：readerIndex+=length

写操作

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      首先对写入字节数字的长度进行合法性校验，如果当前写入的字节数组长度虽然大于目前ByteBuf的可写字节数，当时通过自身的动态扩展可以满足新的写入请求，则进行动态扩展，计算扩容代码如下：

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      如果扩容后的新容量小于阈值，则以64为计数进行倍增，知道被增厚的结果大于或等于到需要的容量值。

      采用倍增或者步进算法的原因：如果以minNewCapacity作为目标容量，则本次扩容后的可写字节数刚好够本子写入使用。写入完成后，可写字节数变为0，下次做写入操作是，仍需扩容，由于扩容需要进行内存复制，频繁的内存复制会导致性能下降。

      采用先倍增后步进的原因：当内存比较小的情况下，倍增操作并不会带来太多的内存浪费，当内存增长到一定的阈值后，在进行倍增就可能带来额外的内存浪费。

      重新计算完动态扩张后的目标容量后，需要重新创建新的缓冲区，将原缓冲区的内容复制到新创建的ByteBuf中，最后设置读写索引和mark标签等，由于子类对应不同的复制操作，所以抽象方法，由子类实现。

重用缓冲区

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      首先对读索引进行判断，如果为0则表示没有可重用的缓冲区，直接返回。如果读索引大于0且读索引不等于写索引，说明缓冲区中有已经读取过被丢弃的缓冲区，也有尚未读取的缓冲区，。调用setBytes方法进行字节数组复制。将尚未读取的字节数复制到缓冲区的起始位置，然后重新设置读写索引，读索引设置为0，写索引设置为之前的写索引减去读索引。

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      在设置读写索引的同时，需要调整markedReaderIndex和markedWriterIndex。

      如果readerIndex等于writeIndex则说明没有可读的字节数组，就不需要进行内存复制，直接调整mark，将读写索引设置为0进而可完成缓冲区的重用。

AbstractReferenceCountedByteBuf

      抽象类继承自AbstractByteBuf，主要是对引用进行计数，类似于JVM内存回收的对象引用计数器，用于跟踪对象的分配和销毁，作自动内存回收。

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      ReferenceCountUpdater类的updater()和unsafeOffset()方法是抽象方法，需要具体的子类提供实现。AtomicIntegerFieldUpdater是JDK提供的一个可以通过原子更新的方式修改指定字段的工具。

      ReferenceCountUpdater类的功能是可以通过CAS的方式直接修改某个类的一个字段的值。

ReferenceCountUpdater#retain 增加引用计数的值：

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      委派update()类对refCnt用CAS操作加2（refCnt是偶数则表示当前缓冲区的状态为正常状态，如果refCnt是奇数则表示缓冲区的状态为待销毁状态。缓冲区引用计数的真实值为refCnt/2），然后做缓冲区释放和溢出校验。

ReferenceCountUpdater#release 减少引用计数的值：

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      获取instance实例中保存的rawCnt值，并计算出真实的refCnt值，即realCnt，如果要减少的引用值和真实的refCnt值相同，也即需要释放缓冲区对象，则调用tryFinalRelease0方法将refCnt的数值修改为1（只要修改为奇数即可），如果要减少的引用值小于真实的refCnt值，则通过cas修改refCnt的值，调用Thread.yield()方法释放出CPU的执行权，因为修改引用计数的逻辑在整个系统逻辑的优先级并不高，所以让出执行权有利于提高高并发下的系统吞吐量。

参考：

《Netty权威指南》