概述

netty使用ByteBuf缓冲区来对读写字节进行操作，所谓缓冲区就是可以作为一个字节容器存储字节，等到一定大小之后再交给CPU去处理，提升效率；
ByteBuf提供了强大的API及体系，相比JDK的ByteBuffer通过position和limit来控制读写，每次切换都需要调用flip方法，ByteBuf通过writerIndex和readerIndex来简化控制，使用简单；

ByteBuf

ByteBuf维护了两个索引：readerIndex(读索引)和writerIndex(写索引)

 *      +-------------------+------------------+------------------+
 *      | discardable bytes |  readable bytes  |  writable bytes  |
 *      |                   |     (CONTENT)    |                  |
 *      +-------------------+------------------+------------------+
 *      |                   |                  |                  |
 *      0      <=      readerIndex   <=   writerIndex    <=    capacity

• 通过readerIndex/writerIndex，ByteBuf被分成了三段，数据从左边读取，从右边写入
  1. discardable bytes：废弃区，数据已经被读取(废弃)，随时可以清空(把readIndex移动到最左边)
  2. readable bytes：可读区，缓冲区中现存的实际数据，读取数据时readIndex向右移动
  3. writable bytes：可写区，目前是空的，写数据时writerIndex向右移动
• ByteBuf接口中方法主要分为4类
  1. readxxx：读数据，readIndex向右移动
  2. writexxx：写数据，writerIndex向右移动
  3. setxxx：set数据，readIndex/writerIndex都不移动
  4. markxxx/resetxxx：标记/重置读或写标志位(先标记再进行读写异常回滚)

ByteBuf分类

ByteBuf.png

• ByteBuf有三个维度进行分类：
  1. Pooled/Unpooled：是否使用对象池(默认使用)，当对象释放后会归还给对象池，所以可循环使用。当需要大量且频繁创建缓冲区时，建议使用该类缓冲区
  2. Unsafe/非Unsafe：是否使用jdk底层Unsafe对象;
  • Unsafe可以直接通过内存地址+偏移量的方式对内存进行操作(UNSAFE.getByte(data, BYTE_ARRAY_BASE_OFFSET + index);)；
  • 非Unsafe直接通过数组下标操作数据(memory[index])；
  • Unsafe/非Unsafe是自动判别的，jdk底层有unsafe对象就分配unsafe否则才分配非unsafe对象
  3. Heap/Direct：Direct直接调用jdkAPI进行分配，不在堆上分配，不归jvm管理，需要手动释放，依赖jdk底层DirectByteBuffer；Heap的底层实现为JAVA堆内的字节数组

AbstractByteBuf

AbstractByteBuf是ByteBuf的骨架实现，包含各个读写索引，提供_get/_set方法让子类实现具体的字节操作逻辑；

//读索引
int readerIndex;
//写索引
int writerIndex;
//读标记
private int markedReaderIndex;
//写标记
private int markedWriterIndex;
//最大容量
private int maxCapacity;

以getInt()和readInt()为例，分析获取数据方法：

public int getInt(int index) {
    // 检查索引是否越界
    checkIndex(index, 4);   
    return _getInt(index);
}

public int readInt() {
    // 检查索引是否越界
    checkReadableBytes0(4);
    int v = _getInt(readerIndex);
    // 读索引右移
    readerIndex += 4;   
    return v;
}

protected abstract int _getInt(int index);  

可见readInt与getInt都是模板方法的模式，先对索引进行检查，然后将实际操作交给子类负责具体实现的_getInt()方法；两者的区别在于是否自动维护读索引，readInt将增加读索引，getInt则不会对索引产生任何影响。

以setInt()和writeInt()为例，分析写入数据方法

public ByteBuf setInt(int index, int value) {
    checkIndex(index, 4);
    _setInt(index, value);
    return this;
}

public ByteBuf writeInt(int value) {
    ensureAccessible();
    ensureWritable0(4);
    _setInt(writerIndex, value);
    writerIndex += 4;
    return this;
}

protected abstract void _setInt(int index, int value);

ByteBufAllocator(内存分配器)分类

ByteBufAllocator.png

• ByteBufAllocator：最顶底层的抽象，负责分配所有类型的内存，包括：buffer/ioBuffer/heapBuffer/directBuffer/compositeBuffer(可以把多个ByteBuf合并成一个，很少使用)
• AbstractByteBufAllocator：实现了ByteBufAllocator大部分的功能，模板方法中提供了newHeapBuffer/newDirectBuffer两个抽象方法供子类扩展分配不同种类的ByteBuf
• UnpooledByteBufAllocator：分配不使用内存池的ByteBuf，通过newHeapBuffer方法分配UnpooledUnsafeHeapByteBuf/UnpooledHeapByteBuf；通过newDirectBuffer分配UnpooledUnsafeDirectByteBuf/UnpooledDirectByteBuf;
• PooledByteBufAllocator：分配使用内存池的ByteBuf，通过newHeapBuffer方法分配PooledUnsafeHeapByteBuf/PooledHeapByteBuf；通过newDirectBuffer分配PooledUnsafeDirectByteBuf/PooledDirectByteBuf;
• 注意：ByteBuf分类的三个维度:
  1. Pooled/Unpooled：通过不同的子类UnpooledByteBufAllocator/PooledByteBufAllocator区分
  2. Heap/Direct：通过不同分配方法newHeapBuffer/newDirectBuffer区分
  3. Unsafe/非Unsafe：具体分配时通过当前平台是否有Unsafe区分(用户不需要关系)PlatformDependent.hasUnsafe();

ByteBuf结构分析到此结束，下一节详细讲解各中类型ByteBuf如何分配及重点方法实现