Java网络编程 -- Netty中的ByteBuf

由于JDK中提供的ByteBuffer无法动态扩容，并且API使用复杂等原因，Netty中提供了ByteBuf。
Bytebuf的API操作更加便捷，可以动态扩容，提供了多种ByteBuf的实现，以及高效的零拷贝机制。

ByteBuf的操作

ByteBuf有三个重要的属性：capacity容量，readerIndex读取位置，writerIndex写入位置
提供了readerIndex和weiterIndex两个变量指针来支持顺序读和写操作

下图显示了一个缓冲区是如何被两个指针分割成三个区域的：

代码示例：

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;

import java.util.Arrays;

public class ByteBufDemo {
  public static void main(String[] args) {
    // 1.创建一个非池化的ByteBuf，大小为10个字节
    ByteBuf buf = Unpooled.buffer(10);
    System.out.println("原始ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("1.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 2.写入一段内容
    byte[] bytes = {1, 2, 3, 4, 5};
    buf.writeBytes(bytes);
    System.out.println("写入的bytes为：" + Arrays.toString(bytes));
    System.out.println("写入一段内容后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("2.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 3. 读取一段内容
    byte b1 = buf.readByte();
    byte b2 = buf.readByte();
    System.out.println("读取的bytes为：" + Arrays.toString(new byte[] {b1, b2}));
    System.out.println("读取一段内容后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("3.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 4.将读取的内容丢弃
    buf.discardReadBytes();
    System.out.println("将读取的内容丢弃后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("4.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 5.清空读写指针
    buf.clear();
    System.out.println("清空读写指针后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("5.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 6.再次写入一段内容，比第一段内容少
    byte[] bytes2 = {1, 2, 3};
    buf.writeBytes(bytes2);
    System.out.println("写入的bytes为：" + Arrays.toString(bytes2));
    System.out.println("写入一段内容后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("6.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 7.将ByteBuf清零
    buf.setZero(0, buf.capacity());
    System.out.println("清零后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("7.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");

    // 8.再次写入一段超过容量的内容
    byte[] bytes3 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
    buf.writeBytes(bytes3);
    System.out.println("写入的bytes为：" + Arrays.toString(bytes));
    System.out.println("写入一段内容后ByteBuf为：" + buf.toString());
    System.out.println("8.ByteBuf中的内容为：" + Arrays.toString(buf.array()) + "\n");
  }
}

ButeBuf动态扩容

capacity默认值：256字节，最大值：Integer.MAX_VALUE （2G）

writeXXX方法调用时，通过AbstractByteBuf.ensureWritable0()方法进行检查
容量计算方法：AbstractByteBufAllocator.calculateNewCapacity

根据capacity的最小值要求，对应有两套计算方法：
没超过4兆：从64字节开始，每次递增一倍，直至计算出来的newCapacity满足新容量最小要求
示例：当前大小256，已写250，继续写10字节的数据，需要的最小容量要求是261，则新容量为64x2x2x2=512

超过4兆：新容量=新容量最小要求/4兆x4兆+4兆
示例：当前大小为3兆，已写3兆，继续写2兆，需要的最小容量大小为5兆，则新容量是8兆（不能超过最大值）

4兆的来源：一个固定的阈值AbstractByteBufAllocator.CALCULATE_THRESHOLD

ByteBuf的实现

在使用中都是通过ByteBufAllocator分配器进行申请，同时具备有内存管理功能

PooledByteBuf对象，内存 复用

PooledThreadCache：PooledByteBufAllocator实例维护的一个线程变量
多种分类的MemoryRegionCache数组用作内存缓存，MemoryRegionCache内部是链表，队列里面存Chuck。PoolChuck里面维护了内存引用，内存复用的做法就是把buf的memory指向chuck的memory
PooledByteBufAllocator.ioBuffer运作过程梳理：

零拷贝机制

Netty的零拷贝机制，是一种应用层的实现，和底层JVM，操作系统内存机制并无过多关联。

1. CompositeByteBuf，将多个ByteBuf合并为一个逻辑上的ByteBuf，避免了各个ByteBuf之间的拷贝

1. wrapedBuffer()方法，将byte[]数组包装成ByteBuf对象

1. slice()方法，将一个ByteBuf对象切割成多个ByteBuf对象

代码示例：

public class ZeroCopyTest {

  public static void main(String[] args) {
    ByteBuf buffer1 = Unpooled.buffer(7);
    buffer1.writeByte(7);
    ByteBuf buffer2 = Unpooled.buffer(7);
    buffer2.writeByte(13);
    CompositeByteBuf compositeByteBuf = Unpooled.compositeBuffer();
    CompositeByteBuf newBuf = compositeByteBuf.addComponents(true, buffer1, buffer2);
    System.out.println("CompositeByteBuf：" + newBuf);

    byte[] bytes = {1, 2, 3};
    ByteBuf wrappedBuffer = Unpooled.wrappedBuffer(bytes);
    System.out.println("wrappedBuffer：" + wrappedBuffer.getByte(2));
    bytes[2] = 7;
    System.out.println("wrappedBuffer：" + wrappedBuffer.getByte(2));

    ByteBuf buf = Unpooled.wrappedBuffer("Netty".getBytes());
    ByteBuf slice = buf.slice(1, 2);
    slice.unwrap();
    System.out.println("slice：" + slice);
  }
}

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