在Java NIO相關(guān)的組件中昏名，ByteBuffer是除了Selector渠抹、Channel之外的另一個(gè)很重要的組件樱报，它是直接和Channel打交道的緩沖區(qū)葬项，通常場(chǎng)景或是從ByteBuffer寫(xiě)入Channel，或是從Channel讀入Buffer迹蛤；
在Netty中民珍，被精心設(shè)計(jì)的ByteBuf則是Netty貫穿整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心緩沖區(qū)襟士，其簡(jiǎn)化了ByteBuffer的操作，同時(shí)提供與ByteBuffer互操作api嚷量，方便了應(yīng)用的開(kāi)發(fā)敌蜂。

關(guān)于Java NIO的ByteBuffer請(qǐng)參考：http://www.reibang.com/p/49d20a7547f6

1、ByteBuf功能說(shuō)明

1.1津肛、ByteBuffer的缺點(diǎn)

從功能角度而言，ByteBuffer完全可以滿足NIO編程的需要汗贫，但是由于NIO編程的復(fù)雜性身坐，ByteBuffer也有其局限性，它的主要缺點(diǎn)如下：

• ByteBuffer長(zhǎng)度固定落包，一旦分配完成部蛇，它的容量不能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和收縮，當(dāng)需要編碼的POJO對(duì)象大于ByteBuffer的容量時(shí)咐蝇，會(huì)發(fā)生索引越界異常涯鲁；
• ByteBuffer只有一個(gè)標(biāo)識(shí)位置的指針position，讀寫(xiě)的時(shí)候需要手工調(diào)用flip()和rewind()等有序，使用者必須小心謹(jǐn)慎地處理這些API抹腿，否則很容易導(dǎo)致程序處理失敗旭寿；
• ByteBuffer的API功能有限警绩，一些高級(jí)和實(shí)用的特性它不支持，需要使用者自己編程實(shí)現(xiàn)盅称。

為了彌補(bǔ)這些不足肩祥，Netty提供了自己的ByteBuffer實(shí)現(xiàn)——ByteBuf。

1.2缩膝、ByteBuf原理

ByteBuf通過(guò)以下位置指針以簡(jiǎn)化緩沖區(qū)操作：

• readerIndex：讀操作指針混狠，標(biāo)識(shí)讀起始位置；
• writerIndex：寫(xiě)操作指針疾层，標(biāo)識(shí)寫(xiě)起始位置将饺；
• maxCapacity：緩沖區(qū)容量指針，標(biāo)識(shí)緩沖區(qū)的容量大性坡俯逾；
• markedReaderIndex：讀標(biāo)記指針，記錄readerIndex值舅逸；
• markedWriterIndex：讀標(biāo)記指針桌肴，記錄writterIndex值；

readerIndex和writerIndex的取值一開(kāi)始都是0琉历，隨著數(shù)據(jù)的寫(xiě)入writerIndex會(huì)增加坠七，讀取數(shù)據(jù)會(huì)使readerIndex增加水醋，但是它不會(huì)超過(guò)writerIndex。

在讀取之后彪置，0～readerIndex的就被視為discard的拄踪，調(diào)用discardReadBytes()方法，可以釋放這部分空間拳魁，它的作用類似ByteBufferd的compact()方法惶桐。readerIndex和writerIndex之間的數(shù)據(jù)是可讀取的，等價(jià)于ByteBuffer的position和limit之間的數(shù)據(jù)潘懊。writerIndex和capacity之間的空間是可寫(xiě)的姚糊，等價(jià)于ByteBuffer的limit和capacity之間的可用空間。

由于寫(xiě)操作不修改readerIndex指針授舟，讀操作不修改writerIndex指針救恨，因此讀寫(xiě)之間不再需要調(diào)整位置指針，這極大地簡(jiǎn)化了緩沖區(qū)的讀寫(xiě)操作释树，避免了由于遺漏或者不熟悉flip()操作導(dǎo)致的功能異常肠槽。

初始分配的ByteBuf如圖:

初始分配的ByteBuf.png

寫(xiě)入N字節(jié)后的ByteBuf如圖：

寫(xiě)入N字節(jié)后的ByteBuf.png

讀取M（M<N）字節(jié)后的ByteBuf如圖：

讀取M字節(jié)后的ByteBuf.png

調(diào)用discarReadBytes()之后的ByteBuf如圖：

調(diào)用discarReadBytes()之后的ByteBuf.png

調(diào)用clear()操作之后的ByteBuf如圖：

調(diào)用clear()操作之后的ByteBuf.png

1.3、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容

當(dāng)我們對(duì)ByteBuffer進(jìn)行put操作的時(shí)候奢啥，如果緩沖區(qū)剩余可寫(xiě)空間不夠秸仙，就會(huì)發(fā)生 BufferOverflowException異常。為了避免發(fā)生這個(gè)問(wèn)題扫尺，通常在進(jìn)行put操作的時(shí)候會(huì)對(duì)剩余可用空間進(jìn)行校驗(yàn)筋栋，如果剩余空間不足，需要重新創(chuàng)建一個(gè)新的ByteBuffer正驻，并將之前的ByteBuffer復(fù)制到新創(chuàng)建的ByteBuffer中弊攘，最后釋放老的ByteBuffer。

if(this.buffer.remaining() < needSize) {
  int toBeExtSize = needSize < 128 ? needSize : 128;
  ByteBuffer tmpBuffer = ByteBuffer.allocate(this.buffer.capacity() + toBeExtSize);
  this.buffer.flip();
  tmpBuffer.put(this.buffer);
  this.buffer = tmpBuffer;
}

從示例代碼可以看出姑曙，為了防止ByteBuffer溢出襟交，每進(jìn)行一次put操作，都需要對(duì)可用空間進(jìn)行校驗(yàn)伤靠，這導(dǎo)致了代碼冗余捣域，稍有不慎，就可能引入其他問(wèn)題宴合。為了解決這個(gè)問(wèn)題焕梅，ByteBuf對(duì)write操作進(jìn)行了封裝，由ByteBuf的write操作負(fù)責(zé)進(jìn)行剩余可用空間的校驗(yàn)卦洽，如果可用緩沖區(qū)不足贞言，ByteBuf會(huì)自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，對(duì)于使用者而言阀蒂，不需要關(guān)心底層的校驗(yàn)和擴(kuò)展細(xì)節(jié)该窗，只要不超過(guò)設(shè)置的最大緩沖區(qū)容量即可弟蚀。當(dāng)可用空間不足時(shí)，ByteBuf會(huì)幫助我們實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擴(kuò)展酗失。

    @Override
    public ByteBuf ensureWritable(int minWritableBytes) {
        if (minWritableBytes < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format(
                    "minWritableBytes: %d (expected: >= 0)", minWritableBytes));
        }
        ensureWritable0(minWritableBytes);
        return this;
    }

final void ensureWritable0(int minWritableBytes) {
        ensureAccessible();
        if (minWritableBytes <= writableBytes()) {
            return;
        }

        if (minWritableBytes > maxCapacity - writerIndex) {
            throw new IndexOutOfBoundsException(String.format(
                    "writerIndex(%d) + minWritableBytes(%d) exceeds maxCapacity(%d): %s",
                    writerIndex, minWritableBytes, maxCapacity, this));
        }

        // Normalize the current capacity to the power of 2.
        int newCapacity = alloc().calculateNewCapacity(writerIndex + minWritableBytes, maxCapacity);

        // Adjust to the new capacity.
        capacity(newCapacity);
    }

通過(guò)源碼分析义钉，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)行write操作時(shí)會(huì)對(duì)需要write的字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)，如果可寫(xiě)的字節(jié)數(shù)小于需要寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)规肴，并且需要寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)小于可寫(xiě)的最大字節(jié)數(shù)時(shí)捶闸，對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。無(wú)論緩沖區(qū)是否進(jìn)行了動(dòng)態(tài)擴(kuò)展拖刃，從功能角度看使用者并不感知鉴嗤，這樣就簡(jiǎn)化了上層的應(yīng)用。

1.4序调、ByteBuf操作介紹

1.4.1、順序讀操作（read）：

1.4.2、順序?qū)懖僮鳎╳rite）：

1.4.3、readerIndex 和 writeIndex

ByteBuf提供兩個(gè)指針用于支持順序讀寫(xiě)操作：readerIndex用于標(biāo)識(shí)讀取索引秸弛，witterIndex用于標(biāo)識(shí)寫(xiě)入索引铭若。兩個(gè)位置指針將ByteBuf緩沖區(qū)分割成三個(gè)區(qū)域。

緩沖區(qū)分段.png

作來(lái)重用這部分空間递览，以節(jié)約內(nèi)存叼屠，防止ByteBuf動(dòng)態(tài)擴(kuò)張。這在私有協(xié)議棧消息解碼是非常有用绞铃，因TCP底層粘包镜雨，多個(gè)整包消息被TCP粘包作物一個(gè)整包發(fā)送。通過(guò)discardReadBytes()操作可以重用之前已經(jīng)解碼過(guò)的緩沖區(qū)儿捧，從而防止接收緩沖區(qū)因容量不足導(dǎo)致的擴(kuò)展荚坞。但discardReadBytes()操作是把雙刃劍，不能濫用菲盾。

1.4.4懒鉴、discardReadBytes()和clear操作

相比其他操作诡挂，緩沖區(qū)分配和釋放是比較耗時(shí)的操作，因此临谱，我們需要盡量重用它們璃俗。而緩沖區(qū)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)張需要字節(jié)數(shù)組的復(fù)制，其是個(gè)耗時(shí)的操作悉默。因此為最大程度提升性能城豁，需要盡最大努力提升緩沖區(qū)的重用率。

例如：
緩沖區(qū)包含N個(gè)整包消息抄课，每個(gè)消息長(zhǎng)度L唱星，緩沖區(qū)可寫(xiě)字節(jié)數(shù)為R。當(dāng)讀取M個(gè)整包消息后跟磨，如果不對(duì)ByteBuf做壓縮或discardReadBytes()操作魏颓，則可寫(xiě)緩沖區(qū)長(zhǎng)度依然為R。如果做discardReadBytes()操作吱晒，則可寫(xiě)字節(jié)數(shù)變?yōu)镽=（R+M*L）甸饱，之前已經(jīng)讀取的M個(gè)整包的空間會(huì)被重用。

需要注意的是，discardReadBytes()操作會(huì)發(fā)生字節(jié)數(shù)組的內(nèi)存復(fù)制叹话，故頻繁調(diào)用會(huì)導(dǎo)致性能下降偷遗，因此要注意調(diào)用場(chǎng)景。

至于clear()操作驼壶，正如JDK的ByteBuffer的clear()一樣氏豌，它并不會(huì)清空緩沖區(qū)內(nèi)容本身。其主要通過(guò)還原readerIndex和writterIndex的值來(lái)達(dá)到清空緩沖區(qū)的效果热凹。

1.4.5榔袋、Readable bytes和Writable bytes

readable bytes區(qū)段是數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)區(qū)域，已read和skip開(kāi)頭的任何操作都將從readIndex開(kāi)始讀取或者跳過(guò)指定的數(shù)據(jù)塔淤，操作完成之后readIndex增加了讀取或跳過(guò)的字節(jié)數(shù)長(zhǎng)度。若讀取字節(jié)數(shù)長(zhǎng)度大于實(shí)際可讀的字節(jié)數(shù)速妖，則拋出IndexOutOfBoundException高蜂。當(dāng)出現(xiàn)分配、包裝或復(fù)制一個(gè)新的ByteBuf對(duì)象時(shí)罕容，它的readerIndex為0备恤。

writable bytes區(qū)段是尚未被使用的空閑空間，任何write開(kāi)頭的操作都會(huì)從writerIndex開(kāi)始向空閑空間寫(xiě)入锦秒，操作完成后writeIndex增加寫(xiě)入的字節(jié)長(zhǎng)度露泊。如果寫(xiě)入字節(jié)長(zhǎng)度大于可寫(xiě)的字節(jié)數(shù)，則拋出IndexOutOfBoundException異常旅择。新分配惭笑、包裝器或復(fù)制一個(gè)ByteBuf時(shí)，其writterIndex為0。

1.4.6川蒙、Mark和Reset

當(dāng)對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)蚜厉，可能需要對(duì)之前的操作進(jìn)行回滾。ByteBuf可通過(guò)調(diào)用mark操作將當(dāng)前的位置指針備份到mark變量中畜眨，調(diào)用rest操作后昼牛，重新將指針的當(dāng)前位置恢復(fù)為備份在mark變量的值。ByteBuf主要有以下相關(guān)方法：

• markReaderIndex()：將當(dāng)前的readerIndex備份到markedReaderIndex中康聂；
• resetReaderIndex()：將當(dāng)前的readerIndex重置為markedReaderIndex的值贰健；
• markWriterIndex() ：將當(dāng)前的writerIndex備份到markedWriterIndex中；
• resetWriterIndex()：將當(dāng)前的writerIndex重置為markedWriterIndex的值早抠；

1.4.7霎烙、查找操作

ByteBuf提供多種查找方法用于滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景，細(xì)分如下：

對(duì)應(yīng)查找字節(jié)扇住，存在一些常用值，如回車(chē)換行等盗胀，Netty在ByteBufProcessor接口中對(duì)這些常用查找字符進(jìn)行了抽象：

1.4.8屑迂、Buffer視圖操作

Derived Buffers類似于數(shù)據(jù)庫(kù)視圖浸策，ByteBuf提供了多個(gè)接口用于創(chuàng)建某個(gè)ByteBuf的視圖或者復(fù)制ByteBuf。

主要操作如下：

1.4.9逻住、轉(zhuǎn)換為JDK ByteBuffer

當(dāng)通過(guò)NIO的SocketChannel進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)時(shí)，操作的對(duì)象為JDK的ByteBuffer迎献，因此須在接口層支持netty ByteBuf到JDK的ByteBuffer的相互轉(zhuǎn)換瞎访。

將ByteBuf轉(zhuǎn)換為java.nio.ByteBuffer的方法主要有如下兩個(gè)：

1.4.10渔伯、隨機(jī)讀寫(xiě)（set和get）

除順序讀寫(xiě)之外，ByteBuf還支持隨機(jī)讀寫(xiě)肄程，其最大的區(qū)別在于可隨機(jī)指定讀寫(xiě)的索引位置锣吼。關(guān)于隨機(jī)讀寫(xiě)的API這里不再詳述。無(wú)論set或get蓝厌，執(zhí)行前都會(huì)進(jìn)行索引和長(zhǎng)度的合法性驗(yàn)證玄叠，此外，set操作不同于write操作拓提，set不支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)展读恃，所以使用者必須保證當(dāng)前緩沖區(qū)可寫(xiě)的字節(jié)數(shù)大于需要寫(xiě)入的字節(jié)長(zhǎng)度，否則會(huì)拋出緩沖區(qū)越界異常代态。

隨機(jī)讀操作：

隨機(jī)讀操作.png

隨機(jī)寫(xiě)操作：

隨機(jī)寫(xiě)操作.png

2寺惫、ByteBuf實(shí)現(xiàn)類分析

2.1、ByteBuf類繼承圖

ByteBuf類繼承圖.png

• ReferenceCounted：對(duì)象引用計(jì)數(shù)器蹦疑，初始化ReferenceCounted對(duì)象時(shí)西雀，引用數(shù)量refCnt為1，調(diào)用retain()可增加refCnt歉摧，release()用于減少refCnt艇肴。refCnt為1時(shí)腔呜，說(shuō)明對(duì)象實(shí)際不可達(dá)，release()方法將立即調(diào)用deallocate()釋放對(duì)象再悼。如果refCnt為0核畴，說(shuō)明對(duì)象被錯(cuò)誤的引用。在AbstractReferenceCountedByteBuf源碼分析小節(jié)將詳細(xì)介紹ReferenceCounted的原理冲九。
• ByteBuf：實(shí)現(xiàn)接口ReferenceCounted和Comparable谤草，實(shí)現(xiàn)ReferenceCounted使得ByteBuf具備引用計(jì)數(shù)的能力，方便跟蹤ByteBuf對(duì)象分配和釋放莺奸。

ByteBuf直接子類：

• EmptyByteBuf：用于構(gòu)建空ByteBuf對(duì)象咖刃，capacity和maxCapacity均為0。
• WrappedByteBuf：用于裝飾ByteBuf對(duì)象憾筏，主要有AdvancedLeakAwareByteBuf嚎杨、SimpleLeakAwareByteBuf、UnreleasableByteBuf和Component四個(gè)子類氧腰。這里WrappedByteBuf使用裝飾者模式裝飾ByteBuf對(duì)象枫浙，AdvancedLeakAwareByteBuf用于對(duì)所有操作記錄堆棧信息，方便監(jiān)控內(nèi)存泄漏古拴；SimpleLeakAwareByteBuf只記錄order(ByteOrder endianness)的堆棧信息箩帚；UnreleasableByteBuf用于阻止修改對(duì)象引用計(jì)數(shù)器refCnt的值。
• AbstractByteBuf：提供ByteBuf的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)黄痪，同時(shí)組合ResourceLeakDetector和SwappedByteBuf的能力紧帕，ResourceLeakDetector是內(nèi)存泄漏檢測(cè)工具，SwappedByteBuf用于字節(jié)序不同時(shí)轉(zhuǎn)換字節(jié)序桅打。

AbstractReferenceCountedByteBuf直接子類：

• CompositeByteBuf：用于將多個(gè)ByteBuf組合在一起是嗜，形成一個(gè)虛擬的ByteBuf對(duì)象，支持讀寫(xiě)和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展挺尾。內(nèi)部使用List<Component>組合多個(gè)ByteBuf鹅搪。推薦使用ByteBufAllocator的compositeBuffer()方法，Unpooled的工廠方法compositeBuffer()或wrappedBuffer(ByteBuf... buffers)創(chuàng)建CompositeByteBuf對(duì)象遭铺。
• FixedCompositeByteBuf：用于將多個(gè)ByteBuf組合在一起丽柿，形成一個(gè)虛擬的只讀ByteBuf對(duì)象，不允許寫(xiě)入和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展魂挂。內(nèi)部使用Object[]將多個(gè)ByteBuf組合在一起甫题，一旦FixedCompositeByteBuf對(duì)象構(gòu)建完成，則不會(huì)被更改涂召。
• PooledByteBuf<T>：基于內(nèi)存池的ByteBuf坠非，主要為了重用ByteBuf對(duì)象，提升內(nèi)存的使用效率芹扭；適用于高負(fù)載麻顶，高并發(fā)的應(yīng)用中。主要有PooledDirectByteBuf舱卡，PooledHeapByteBuf辅肾，PooledUnsafeDirectByteBuf三個(gè)子類，PooledDirectByteBuf是在堆外進(jìn)行內(nèi)存分配的內(nèi)存池ByteBuf轮锥，PooledHeapByteBuf是基于堆內(nèi)存分配內(nèi)存池ByteBuf矫钓，PooledUnsafeDirectByteBuf也是在堆外進(jìn)行內(nèi)存分配的內(nèi)存池ByteBuf，區(qū)別在于PooledUnsafeDirectByteBuf內(nèi)部使用基于PlatformDependent相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)ByteBuf舍杜，具有平臺(tái)相關(guān)性新娜。
• ReadOnlyByteBufferBuf：只讀ByteBuf，內(nèi)部持有ByteBuffer對(duì)象既绩，相關(guān)操作委托給ByteBuffer實(shí)現(xiàn)概龄，該ByteBuf限內(nèi)部使用，ReadOnlyByteBufferBuf還有一個(gè)子類ReadOnlyUnsafeDirectByteBuf饲握。
• UnpooledDirectByteBuf：在堆外進(jìn)行內(nèi)存分配的非內(nèi)存池ByteBuf私杜，內(nèi)部持有ByteBuffer對(duì)象，相關(guān)操作委托給ByteBuffer實(shí)現(xiàn)救欧。
• UnpooledHeapByteBuf：基于堆內(nèi)存分配非內(nèi)存池ByteBuf衰粹，即內(nèi)部持有byte數(shù)組。
• UnpooledUnsafeDirectByteBuf：與UnpooledDirectByteBuf相同笆怠，區(qū)別在于UnpooledUnsafeDirectByteBuf內(nèi)部使用基于PlatformDependent相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)ByteBuf铝耻，具有平臺(tái)相關(guān)性。

從內(nèi)存分配角度看蹬刷，ByteBuf主要分為兩類：

• 堆內(nèi)存（HeapByteBuf）字節(jié)緩沖區(qū)：特點(diǎn)是內(nèi)存的分配和回收速度快瓢捉，可以被JVM自動(dòng)回收；缺點(diǎn)是進(jìn)行Socket的I/O讀寫(xiě)需要額外進(jìn)行一次內(nèi)存復(fù)制办成，即將內(nèi)存對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核Channel中泊柬，性能會(huì)有一定程度下降。
• 直接內(nèi)存（DirectByteBuf）字節(jié)緩沖區(qū)：在堆外進(jìn)行內(nèi)存分配诈火，相比堆內(nèi)存兽赁，分配和回收速度稍慢。但用于Socket的I/O讀寫(xiě)時(shí)冷守，少一次內(nèi)存復(fù)制刀崖，速度比堆內(nèi)存字節(jié)緩沖區(qū)快。

經(jīng)驗(yàn)表明拍摇，在I/O通信線程的讀寫(xiě)緩沖區(qū)使用DirectByteBuf亮钦，后端業(yè)務(wù)消息的編解碼模塊使用HeapByteBuf，這樣組合可以達(dá)到性能最優(yōu)充活。

從內(nèi)存回收角度看蜂莉，ByteBuf也分為兩類：

• 基于內(nèi)存池的ByteBuf：優(yōu)點(diǎn)是可以重用ByteBuf對(duì)象蜡娶，通過(guò)自己維護(hù)一個(gè)內(nèi)存池，可以循環(huán)利用創(chuàng)建的ByteBuf映穗，提升內(nèi)存的使用效率窖张，降低由于高負(fù)載導(dǎo)致的頻繁GC。適用于高負(fù)載蚁滋，高并發(fā)的應(yīng)用中宿接。推薦使用基于內(nèi)存池的ByteBuf。
• 非內(nèi)存池的ByteBuf：優(yōu)點(diǎn)是管理和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單辕录。

盡管推薦使用基于內(nèi)存池的ByteBuf睦霎，但內(nèi)存池的管理和維護(hù)更加復(fù)雜，使用起來(lái)也需要更加謹(jǐn)慎走诞。

2.2副女、AbstractByteBuf源碼分析

AbstractByteBuf是ByteBuf的抽象實(shí)現(xiàn)，其提供了一些基礎(chǔ)屬性和公用方法實(shí)現(xiàn)蚣旱。

2.2.1肮塞、主要成員變量

readerIndex：讀索引
writerIndex：寫(xiě)索引
markedReaderIndex：讀索引標(biāo)記
markedWriterIndex：寫(xiě)索引標(biāo)記
maxCapacity：最大容量
SwappedByteBuf swappedBuf：緩沖區(qū)包裝類

在AbstractByteBuf中并未定義ByteBuf緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)留給具體實(shí)現(xiàn)類姻锁。

2.2.2枕赵、讀操作簇

AbstractByteBuf讀操作簇.png

在讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)前，會(huì)對(duì)緩沖區(qū)可讀空間進(jìn)行檢驗(yàn)位隶，如果讀取長(zhǎng)度小于0拷窜，則拋出IllegalArgumentException異常提示參數(shù)非法；如果需要讀取的字節(jié)數(shù)大于可讀長(zhǎng)度涧黄，則拋出IndexOutOfBoundsException異常篮昧。異常中封裝了詳細(xì)信息，使用者可以方便地定位問(wèn)題笋妥。

校驗(yàn)通過(guò)后在讀取設(shè)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)懊昨，其具體實(shí)現(xiàn)依賴于子類實(shí)現(xiàn)。

2.2.3春宣、寫(xiě)操作簇

AbstractByteBuf寫(xiě)操作簇.png

• 首先校驗(yàn)寫(xiě)入長(zhǎng)度的合法性酵颁；

• 如果寫(xiě)入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于0，則拋出IllegalArgumentException異常月帝；如果寫(xiě)入長(zhǎng)度大于可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的最大長(zhǎng)度躏惋，則拋出IndexOutOfBoundsException異常；

• 當(dāng)寫(xiě)入長(zhǎng)度大于緩沖區(qū)長(zhǎng)度而小于可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的最大長(zhǎng)度嚷辅，則進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展簿姨；動(dòng)態(tài)擴(kuò)展根據(jù)倍增加閥值的方式；

2.2.4、操作索引

AbstractByteBuf操作索引.png

設(shè)置和讀取相關(guān)索引扁位；

2.2.4准潭、重用緩沖區(qū)

重用緩沖區(qū)是通過(guò)discardReadBytes()和discardSomeReadBytes()方法實(shí)現(xiàn)。

處理流程如下：

• 如果讀索引為0域仇，表示無(wú)可重用緩沖區(qū)刑然，則直接返回；
• 如果讀索引大于0且不等于寫(xiě)索引殉簸，說(shuō)明緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)且有可重用空間，調(diào)用setBytes(0, this, readerIndex, writerIndex-readerIndex)方法進(jìn)行緩沖區(qū)復(fù)制沽讹，然后重新設(shè)置讀索引為0般卑，寫(xiě)索引為(writerIndex - readerIndex)；

2.2.5爽雄、skipBytes

在解碼時(shí)蝠检，有時(shí)需要丟棄非法數(shù)據(jù)，使用skipBytes()可方便跳過(guò)指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)挚瘟。

2.3叹谁、AbstractReferenceCountedByteBuf

AbstractReferenceCountedByteBuf主要是對(duì)引用進(jìn)行計(jì)數(shù)，類似JVM內(nèi)存回收的對(duì)象引用計(jì)數(shù)乘盖，用于跟蹤對(duì)象的分配和銷毀焰檩。

2.3.1、成員變量

refCntUpdater：類型為AtomicIntegerFieldUpdater订框，通過(guò)原子方式對(duì)成員變量進(jìn)行更新等操作析苫，以實(shí)現(xiàn)線程安全，消除鎖穿扳；

2.3.1衩侥、對(duì)象引用計(jì)數(shù)

retain()方法用于引用計(jì)數(shù)加一，由于可能存在并發(fā)場(chǎng)景矛物，所以其通過(guò)自旋加CAS操作保證線程安全茫死。

實(shí)現(xiàn)源碼如下：

private ByteBuf retain0(final int increment) {
  int oldRef = refCntUpdater.getAndAdd(this, increment);
  if (oldRef <= 0 || oldRef + increment < oldRef) {
    // Ensure we don't resurrect (which means the refCnt was 0) and also that we encountered an overflow.
    refCntUpdater.getAndAdd(this, -increment);
    throw new IllegalReferenceCountException(oldRef, increment);
  }
  return this;
}

2.4、UnpooledHeapByteBuf源碼解析

UnpooledHeapByteBuf是基于堆內(nèi)存進(jìn)行內(nèi)存分配的字節(jié)緩沖區(qū)履羞，沒(méi)有基于對(duì)象池技術(shù)實(shí)現(xiàn)峦萎，每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象；

2.4.1忆首、成員變量

成員變量中定義了一個(gè)ByteBufAllocator類型的alloc用來(lái)分配堆內(nèi)存骨杂，定義一個(gè)byte字節(jié)數(shù)組用作緩沖區(qū)，定義一個(gè)ByteBuffer類型的tmpNioBuf用作Netty的ByteBuf到JDK ByteBuffer轉(zhuǎn)換雄卷；

private final ByteBufAllocator alloc;
byte[] array;
private ByteBuffer tmpNioBuf;

實(shí)際使用ByteBuffer作為緩沖區(qū)也是可行搓蚪，使用Byte數(shù)組根本原因是提升性能和更加敏捷地進(jìn)行位操作。

2.4.2丁鹉、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展緩沖區(qū)

擴(kuò)容源碼如下：

    @Override
    public ByteBuf capacity(int newCapacity) {
        checkNewCapacity(newCapacity);

        int oldCapacity = array.length;
        byte[] oldArray = array;
        if (newCapacity > oldCapacity) {
            byte[] newArray = allocateArray(newCapacity);
            System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0, oldArray.length);
            setArray(newArray);
            freeArray(oldArray);
        } else if (newCapacity < oldCapacity) {
            byte[] newArray = allocateArray(newCapacity);
            int readerIndex = readerIndex();
            if (readerIndex < newCapacity) {
                int writerIndex = writerIndex();
                if (writerIndex > newCapacity) {
                    writerIndex(writerIndex = newCapacity);
                }
                System.arraycopy(oldArray, readerIndex, newArray, readerIndex, writerIndex - readerIndex);
            } else {
                setIndex(newCapacity, newCapacity);
            }
            setArray(newArray);
            freeArray(oldArray);
        }
        return this;
    }

先判斷新的容量是否大于當(dāng)前緩沖區(qū)的容量妒潭，如果大于則進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)容悴能；通過(guò)byte[] newArray = new byte[newCapacity]創(chuàng)建新容量的字節(jié)數(shù)組，然后通過(guò)System.arrayCopy()方法進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制雳灾，最后通過(guò)setArray()方法替換舊的緩沖區(qū)數(shù)組漠酿；

2.5、PooledByteBuf源碼解析

PooledByteBuf是基于內(nèi)存池的緩沖區(qū)谎亩，netty自己實(shí)現(xiàn)了一套內(nèi)存池管理炒嘲，具體實(shí)現(xiàn)類有：PooledHeapByteBuf、PooledDirectByteBuf匈庭、PooledUnsafeDirectByteBuf夫凸、PooledUnsafeHeapByteBuf。

由于內(nèi)存池管理等方面涉及內(nèi)容較多阱持，本處不多贅述夭拌，詳情請(qǐng)看Netty內(nèi)存池相關(guān)文章：

推薦博客：http://www.reibang.com/p/4856bd30dd56

3、ByteBuf相關(guān)輔助類

netty提供一些ByteBuf相關(guān)的輔助類衷咽，以簡(jiǎn)化緩沖區(qū)相關(guān)的使用鸽扁；

3.1、ByteBufHolder

ByteBufHolder是ByteBuf的容器镶骗，在Netty中桶现，它非常有用，例如HTTP協(xié)議的請(qǐng)求消息和應(yīng)答消息都可以攜帶消息體鼎姊，這個(gè)消息體在NIO ByteBuffer中就是個(gè)ByteBuffer對(duì)象巩那，在Netty中就是ByteBuf對(duì)象。由于不同的協(xié)議消息體可以包含不同的協(xié)議字段和功能此蜈，因此即横，需要對(duì)ByteBuf進(jìn)行包裝和抽象，不同的子類可以有不同的實(shí)現(xiàn)裆赵。為了滿足這些定制化的需求东囚，Netty抽象出了ByteBufHolder對(duì)象，它包含了一個(gè)ByteBuf战授，另外還提供了一些其他實(shí)用的方法页藻，使用者繼承ByteBufHolder接口后可以按需封裝自己的實(shí)現(xiàn)。

3.1植兰、ByteBufAllocator

ByteBufAllocator是字節(jié)緩沖區(qū)分配器份帐，按照Netty的緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)不同，共有兩種不同的分配器：基于內(nèi)存池的字節(jié)緩沖區(qū)分配器和普通的字節(jié)緩沖區(qū)分配器楣导。

類繼承圖如下：

ByteBufAllocator類繼承圖.png

主要功能列表：

3.2迎罗、CompositeByteBuf

CompositeBytebuf允許將多個(gè)Bytebuf的實(shí)例組合起來(lái)睬愤，在內(nèi)部使用一個(gè)Bytebuf進(jìn)行統(tǒng)一管理。

CompositeBytebuf在某些場(chǎng)景非常有用佳谦，例如在協(xié)議中一個(gè)協(xié)議通常會(huì)包含多個(gè)部分戴涝，消息體滋戳，消息頭等钻蔑，他們都是Bytebuf對(duì)象，如果我們需要對(duì)他進(jìn)行管理奸鸯，可以把這些Bytebuf對(duì)象都放到CompositeBytebuf中進(jìn)行統(tǒng)一管理

成員變量：

private final ByteBufAllocator alloc;
private final boolean direct;
private final ComponentList components;
private final int maxNumComponents;
private boolean freed;

CompositeBytebuf定義了一個(gè)Component類型的集合咪笑，Component為ByteBuf的包裝器實(shí)現(xiàn)類，其聚合了ByteBuf對(duì)象娄涩，維護(hù)了在集合中的位置偏移量信息等窗怒；

Component源碼實(shí)現(xiàn)：

private static final class Component {
  final ByteBuf buf;
  final int length;
  int offset;
  int endOffset;
  Component(ByteBuf buf) {
    this.buf = buf;
    length = buf.readableBytes();
  }
  void freeIfNecessary() {
    buf.release(); // We should not get a NPE here. If so, it must be a bug.
  }
}

3.2、ByteBufUtil

ByteBufUtil是ByteBuf的一個(gè)靜態(tài)工具類蓄拣，其提供了一系列靜態(tài)方法用于操作ByteBuf對(duì)象扬虚。

操作方法如下：

ByteBufUtil操作方法2.png

操作方法很豐富，主要包括：

• 返回ByteBuf中可讀字節(jié)的十六進(jìn)制字符串球恤，如hexDump(）等辜昵；
• 字符串編解碼，如encodeString()咽斧，decodeString()等堪置；
• ByteBuf字符串比較；
• ByteBuf緩沖區(qū)拷貝等张惹；

相關(guān)閱讀：

Netty源碼愫讀（二）Channel相關(guān)源碼學(xué)習(xí)【http://www.reibang.com/p/02eac974258e】
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參考書(shū)籍：
李林鋒《Netty權(quán)威指南》第二版
《Netty 實(shí)戰(zhàn)(精髓)》

參考博客：
https://www.cnblogs.com/wade-luffy/p/6196481.html
https://my.oschina.net/7001/blog/743240
https://my.oschina.net/7001/blog/742236
https://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/69230112
http://www.reibang.com/p/c4bd37a3555b