Netty ByteBuf（图解之 2）| 秒懂

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Netty ByteBuf（图解二）：API 图解

疯狂创客圈 Java 分布式聊天室【亿级流量】实战系列之16 【博客园总入口】

Netty ByteBuf（图解二）：API 图解
源码工程
写在前面
ByteBuf 的四个逻辑部分
ByteBuf 的三个指针
ByteBuf 的三组方法
ByteBuf 的引用计数
ByteBuf 的浅层复制
写在最后

源码工程

源码IDEA工程获取链接：Java 聊天室实战源码

写在前面

大家好，我是作者尼恩。

今天是百万级流量 Netty 聊天器打造的系列文章的第16篇，这是一个基础篇，介绍ByteBuf 的使用。

由于关于ByteBuf的内容比较多，分两篇文章：

第一篇：图解 ByteBuf的分配、释放和如何避免内存泄露

第二篇：图解 ByteBuf的具体使用

本篇为第二篇。

说明：本文会以pdf格式持续更新，更多最新尼恩3高pdf笔记，请从下面的链接获取：语雀或者码云

ByteBuf 的四个逻辑部分

ByteBuf 是一个字节容器，内部是一个字节数组。

从逻辑上来分，字节容器内部，可以分为四个部分：

在这里插入图片描述

第一个部分是已经丢弃的字节，这部分数据是无效的；

第二部分是可读字节，这部分数据是 ByteBuf 的主体数据，从 ByteBuf 里面读取的数据都来自这一部分;

第三部分的数据是可写字节，所有写到 ByteBuf 的数据都会写到这一段。

第四部分的字节，表示的是该 ByteBuf 最多还能扩容的大小。

四个部分的逻辑功能，如下图所示：

在这里插入图片描述

ByteBuf 的三个指针

ByteBuf 通过三个整型的指针（index），有效地区分可读数据和可写数据，使得读写之间相互没有冲突。

这个三个指针，分别是：

readerIndex（读指针）
writerIndex（写指针）
maxCapacity（最大容量）

在这里插入图片描述

这三个指针，是三个int 型的成员属性，定义在 AbstractByteBuf 抽象基类中。

三个指针的代码截图，如下：

在这里插入图片描述

readerIndex 读指针

指示读取的起始位置。

每读取一个字节，readerIndex 自增1 。一旦 readerIndex 与 writerIndex 相等，ByteBuf 不可读。

writerIndex 写指针

指示写入的起始位置。

每写一个字节，writerIndex 自增1。一旦增加到 writerIndex 与 capacity（）容量相等，表示 ByteBuf 已经不可写了。

capacity（）容量不是一个成员属性，是一个成员方法。表示 ByteBuf 内部的总容量。注意，这个不是最大容量。

maxCapacity 最大容量

指示可以 ByteBuf 扩容的最大容量。

当向 ByteBuf 写数据的时候，如果容量不足，可以进行扩容。

扩容的最大限度，直到 capacity（）扩容到 maxCapacity为止，超过 maxCapacity 就会报错。

capacity（）扩容的操作，是底层自动进行的。

说明：本文会以pdf格式持续更新，更多最新尼恩3高pdf笔记，请从下面的链接获取：语雀或者码云

ByteBuf 的三组方法

从三个维度三大系列，介绍ByteBuf 的常用 API 方法。

在这里插入图片描述

第一组：容量系列

方法一：capacity()

表示 ByteBuf 的容量，包括丢弃的字节数、可读字节数、可写字节数。
方法二：maxCapacity()

表示 ByteBuf 底层最大能够占用的最大字节数。当向 ByteBuf 中写数据的时候，如果发现容量不足，则进行扩容，直到扩容到 maxCapacity。

第二组：写入系列

方法一：isWritable()

表示 ByteBuf 是否可写。如果 capacity（）容量大于 writerIndex 指针的位置，则表示可写。否则为不可写。

isWritable()的源码，也是很简单的。具体如下：

    public boolean isWritable() {
        return this.capacity() > this.writerIndex;
    }

注意：如果 isWritable() 返回 false，并不代表不能往 ByteBuf 中写数据了。如果Netty发现往 ByteBuf 中写数据写不进去的话，会自动扩容 ByteBuf。

方法二：writableBytes()

返回表示 ByteBuf 当前可写入的字节数，它的值等于 capacity（）- writerIndex。

如下图所示：
方法三：maxWritableBytes()

返回可写的最大字节数，它的值等于 maxCapacity-writerIndex 。
方法四：**writeBytes(byte[] src) **

把字节数组 src 里面的数据全部写到 ByteBuf。

这个是最为常用的一个方法。
方法五：writeTYPE(TYPE value）基础类型写入方法

基础数据类型的写入，包含了 8大基础类型的写入。

具体如下：writeByte()、 writeBoolean()、writeChar()、writeShort()、writeInt()、writeLong()、writeFloat()、writeDouble() ，向 ByteBuf写入基础类型的数据。
方法六：setTYPE(TYPE value）基础类型写入，不改变指针值

基础数据类型的写入，包含了 8大基础类型的写入。

具体如下：setByte()、 setBoolean()、setChar()、setShort()、setInt()、setLong()、setFloat()、setDouble() ，向 ByteBuf 写入基础类型的数据。

setType 系列与writeTYPE系列的不同：

setType 系列不会改变写指针 writerIndex ；

writeTYPE系列会改变写指针 writerIndex 的值。
方法七：markWriterIndex() 与 resetWriterIndex()

这里两个方法一起介绍。

前一个方法，表示把当前的写指针writerIndex 保存在 markedWriterIndex 属性中；

后一个方法，表示把当前的写指针 writerIndex 恢复到之前保存的 markedWriterIndex 值。

标记 markedWriterIndex 属性，定义在 AbstractByteBuf 抽象基类中。

截图如下：

在这里插入图片描述

第三组：读取系列

方法一：isReadable()

表示 ByteBuf 是否可读。如果 writerIndex 指针的值大于 readerIndex 指针的值，则表示可读。否则为不可写。

isReadable()的源码，也是很简单的。具体如下：

   public boolean isReadable() {
        return this.writerIndex > this.readerIndex;
    }

方法二：readableBytes()

返回表示 ByteBuf 当前可读取的字节数，它的值等于 writerIndex - readerIndex 。

如下图所示：
方法三： readBytes(byte[] dst)

把 ByteBuf 里面的数据全部读取到 dst 字节数组中，这里 dst 字节数组的大小通常等于 readableBytes() 。这个方法，也是最为常用的一个方法。
方法四：readType(）基础类型读取

基础数据类型的读取，可以读取 8大基础类型。

具体如下：readByte()、readBoolean()、readChar()、readShort()、readInt()、readLong()、readFloat()、readDouble() ，从 ByteBuf读取对应的基础类型的数据。
方法五：getTYPE(TYPE value）基础类型读取，不改变指针值

基础数据类型的读取，可以读取 8大基础类型。

具体如下：getByte()、 getBoolean()、getChar()、getShort()、getInt()、getLong()、getFloat()、getDouble() ，从 ByteBuf读取对应的基础类型的数据。

getType 系列与readTYPE系列的不同：

getType 系列不会改变读指针 readerIndex ；

readTYPE系列会改变读指针 readerIndex 的值。
方法六：markReaderIndex() 与 resetReaderIndex()

这里两个方法一起介绍。

前一个方法，表示把当前的读指针ReaderIndex 保存在 markedReaderIndex 属性中。

后一个方法，表示把当前的读指针 ReaderIndex 恢复到之前保存的 markedReaderIndex 值。

标记 markedReaderIndex 属性，定义在 AbstractByteBuf 抽象基类中。

截图如下：

在这里插入图片描述

ByteBuf 的引用计数

Netty 的 ByteBuf 的内存回收工作，是通过引用计数的方式管理的。

大致的引用计数的规则如下：

默认情况下，当创建完一个 ByteBuf 时，它的引用为1。
每次调用 retain()方法，它的引用就加 1 ；
每次调用 release() 方法，是将引用计数减 1。

如果引用为0，再次访问这个 ByteBuf 对象，将会抛出异常。

如果引用为0，表示这个 ByteBuf 没有地方被引用到，需要回收内存。

Netty的内存回收分为两种情况：

Pooled 池化的内存，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 内存，确保GC 可达，确保能被 JVM 的 GC 回收器回收到。

ByteBuf 的浅层复制

ByteBuf 的浅层复制分为两种，有切片slice 浅层复制，和duplicate 浅层复制。

在这里插入图片描述

slice 切片浅层复制

首先说明一下，这是一种非常重要的操作。可以很大程度的避免内存拷贝。这一点，对于大规模消息通讯来说，是非常重要的。

slice 操作可以获取到一个 ByteBuf 的一个切片。一个ByteBuf，可以进行多次的切片操作，多个切片可以共享一个存储区域的 ByteBuf 对象。

slice 操作方法有两个重载版本：

public ByteBuf slice();
public ByteBuf slice(int index, int length);

两个版本有非常紧密的联系。
不带参数的 slice 方法，等同于 buf.slice(buf.readerIndex(), buf.readableBytes()) 调用, 即返回 ByteBuf 实例中可读部分的切片。
而带参数 slice(int index, int length) 方法，可以通过灵活的设置不同的参数，来获取到 buf 的不同区域的切片。

调用slice（）方法后，返回的 ByteBuf 的切片，大致如下图：
在这里插入图片描述

调用slice（）方法后，返回的ByteBuf 切片的属性，大致如下：

slice 的 readerIndex（读指针）的值为 0
slice 的 writerIndex（写指针）的值为源Bytebuf的 readableBytes() 可读字节数。
slice 的 maxCapacity（最大容量）的值为源Bytebuf的 readableBytes() 可读字节数。maxCapacity 与 writerIndex 值相同，切片不可以写。
切片的可读字节数，为自己的 writerIndex - readerIndex。所有，切片和源Bytebuf的 readableBytes() 可读字节数相同。
也就是说，切片可读，不可写。

slice（）切片和原ByteBuf的联系：

切片不会拷贝原ByteBuf底层数据，底层数组和原ByteBuf的底层数组是同一个
切片不会改变原 ByteBuf 的引用计数。

根本上，调用slice（）方法生成的切片，是源Bytebuf 可读部分的浅层复制。

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);
}

结果如下：

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() 浅层复制

duplicate() 返回的是源ByteBuf 的整个对象的一个浅层复制，包括如下内容：

duplicate() 会创建自己的读写指针，但是值与源ByteBuf 的读写指针相同；
duplicate() 不会改变源 ByteBuf 的引用计数
duplicate() 不会拷贝源ByteBuf 的底层数据

duplicate() 和slice() 方法，都是浅层复制。不同的是，slice() 方法是切取一段的浅层复制，duplicate() 是整个的浅层复制。

浅层复制的问题

浅层复制方法不会拷贝数据，也不会改变 ByteBuf 的引用计数，这就会导致一个问题。

在源 ByteBuf 调用 release() 之后，引用计数为零，变得不能访问。这个时候，源 ByteBuf 的浅层复制实例，也不能进行读写。如果再对浅层复制实例进行读写，就会报错。

因此，在调用浅层复制实例时，可以通过调用一次 retain() 方法来增加引用，表示它们对应的底层的内存多了一次引用，引用计数为2，在浅层复制实例用完后，需要调用两次 release() 方法，将引用计数减一，不影响源ByteBuf的内存释放。

写在最后

至此为止，终于完成ByteBuf的具体使用B介绍。

如果想知道ByteBuf的分配、释放，请看：

第一篇：ByteBuf的分配、释放和如何避免内存泄露

说明：本文会以pdf格式持续更新，更多最新尼恩3高pdf笔记，请从下面的链接获取：语雀或者码云

posted @ 2018-11-18 22:08 疯狂创客圈阅读(11558) 评论(0) 编辑收藏举报

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源码工程

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ByteBuf 的四个逻辑部分

ByteBuf 的三个指针

ByteBuf 的三组方法

第一组：容量系列

第二组：写入系列

第三组：读取系列

ByteBuf 的引用计数

ByteBuf 的浅层复制

slice 切片浅层复制

duplicate() 浅层复制

浅层复制的问题

写在最后

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