编解码框架和一些常用的实现位于io.netty.handler.codec包中。
编解码框架包含两部分：Byte流和特定类型数据之间的编解码，也叫序列化和反序列化。不类型数据之间的转换。
下图是编解码框架的类继承体系:
其中MessageToByteEncoder和ByteToMessageDecoder是实现了序列化和反序列化框架。 MessageToMessage是不同类型数据之间转换的框架。
序列化抽象实现: MessageToByteEncoder
序列化是把 I 类型的数据转换成Byte流。这个抽象类通过实现ChannelOutboundHandler的write方法在写数据时把 I 类型的数据转换成Byte流，下面是write方法的实现:
1 @Override
2 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
3 ByteBuf buf = null;
4 try {
5 if (acceptOutboundMessage(msg)) {
6 @SuppressWarnings("unchecked")
7 I cast = (I) msg;
8 buf = allocateBuffer(ctx, cast, preferDirect);
9 try {
10 encode(ctx, cast, buf);
11 } finally {
12 ReferenceCountUtil.release(cast);
13 }
14
15 if (buf.isReadable()) {
16 ctx.write(buf, promise);
17 } else {
18 buf.release();
19 ctx.write(Unpooled.EMPTY_BUFFER, promise);
20 }
21 buf = null;
22 } else {
23 ctx.write(msg, promise);
24 }
25 } catch (EncoderException e) {
26 throw e;
27 } catch (Throwable e) {
28 throw new EncoderException(e);
29 } finally {
30 if (buf != null) {
31 buf.release();
32 }
33 }
34 }
5行, 检查msg的类型，如果是 I 类型返回true, 否则返回false。
7-10行， 分配一块buffer, 并调用encode方法把msg编码成Byte流放进这个buffer中。
15-19行，对含有Byte流程数据的buffer继续执行写操作。(不清楚写操作流程的可以参考<>)
23行，如果msg不是 I 类型，跳过这个Handler, 继续执行写操作。
这里调用的encode方法是一个抽象方法，留给子类实现定制的序列化操作。
反序列化抽象实现: ByteToMessageDecoder
这个抽象类型解决的主要问题是从Byte流中提取数据包。数据包是指刚好可以反序列化成一个特定类型Message的Byte数组。但是在数据包长度不确定的情况下，没办法每次刚好从Byte流中刚好分离一个数据包。每次从Byte流中读取数据有多种可能:
刚好是一个或多个完整的数据包。
不足一个完整的数据包，或错误的数据。
包含一个或多个完整的数据包，但有多余的数据不足一个完整的数据包或错误的数据。
这个问题本质上和"TCP粘包"问题相同。解决这个问题有两个关键点:
能够确定数据包在Byte流中的开始位置和长度。
需要暂时缓存不完整的数据包，等待后续数据拼接完整。
关于第(1)点，在这个抽象类中没有处理，只是定义了一个抽象方法decode，留给子类处理。关于第(2)点，这个类定义了一个Cumulator(堆积器)来处理，把不完整的数据包暂时堆积到Cumulator中。Cumulator有两个实现: MERGE_CUMULATOR(合并堆积器)，COMPOSITE_CUMULATOR(组合堆积器)。默认使用的是MERGE_CUMULATOR。下面详细分析一下这两种Cumulator的实现。
MERGE_CUMULATOR的实现
这是一个合并堆积器，使用ByteBuf作为堆积缓冲区，把通过把数据写到堆积缓冲实现新旧数据合并堆积。
1 @Override
2 public ByteBuf cumulate(ByteBufAllocator alloc, ByteBuf cumulation, ByteBuf in) {
3 final ByteBuf buffer;
4 if (cumulation.writerIndex() > cumulation.maxCapacity() - in.readableBytes()
5 || cumulation.refCnt() > 1 || cumulation instanceof ReadOnlyByteBuf) {
6 // Expand cumulation (by replace it) when either there is not more room in the buffer
7 // or if the refCnt is greater then 1 which may happen when the user use slice().retain() or
8 // duplicate().retain() or if its read-only.
9 //
10 // See:
11 // - https://github.com/netty/netty/issues/2327
12 // - https://github.com/netty/netty/issues/1764
13 buffer = expandCumulation(alloc, cumulation, in.readableBytes());
14 } else {
15 buffer = cumulation;
16 }
17 buffer.writeBytes(in);
18 in.release();
19 return buffer;
20 }
4-13行，如果当前的堆积缓冲区不能用了，分配一块新的，把旧缓冲区中的数据转移到新缓冲区中，并用新的替换旧的。当前堆积缓冲区不能用的条件是:
cumulation.writerIndex() > cumulation.maxCapacity() - in.readableBytes(): 容量不够
或者 cumulation.refCnt() > 1 : 在其他地方本引用
或者 cumulation instanceof ReadOnlyByteBuf 是只读的
17行，把数据追加到堆积缓冲区中。
COMPOSITE_CUMULATOR的实现
这是一个合并堆积器，和MERGE_CUMULATOR不同的是他使用的是CompositeByteBuf作为堆积缓冲区。
1 @Override
2 public ByteBuf cumulate(ByteBufAllocator alloc, ByteBuf cumulation, ByteBuf in) {
3 ByteBuf buffer;
4 if (cumulation.refCnt() > 1) {
5 // Expand cumulation (by replace it) when the refCnt is greater then 1 which may happen when the user
6 // use slice().retain() or duplicate().retain().
7 //
8 // See:
9 // - https://github.com/netty/netty/issues/2327
10 // - https://github.com/netty/netty/issues/1764
11 buffer = expandCumulation(alloc, cumulation, in.readableBytes());
12 buffer.writeBytes(in);
13 in.release();
14 } else {
15 CompositeByteBuf composite;
16 if (cumulation instanceof CompositeByteBuf) {
17 composite = (CompositeByteBuf) cumulation;
18 } else {
19 composite = alloc.compositeBuffer(Integer.MAX_VALUE);
20 composite.addComponent(true, cumulation);
21 }
22 composite.addComponent(true, in);
23 buffer = composite;
24 }
25 return buffer;
26 }
4-13行，和MERGE_CUMULATOR一样。
15-23行，如果当前的堆积缓冲区不是CompositeByteBuf类型，使用一个新的CompositeByteBuf类型的堆积缓冲区代替，并把数据转移的新缓冲区中。
分离数据包的主流程
ByteToMessageDecoder是ChannelInboundHandlerAdapter的派生类，它通过覆盖channelRead实现了反序列化的主流程。这个主流程主要是对堆积缓冲区cumulation的管理，主要步骤是:
把Byte流数据追加到cumulation中。
调用decode方法从cumulation中分离出完整的数据包，并把数据包反序列化成特定类型的数据，直到不能分离数据包为止。
检查cumulation，如果没有剩余数据，就销毁掉这个cumulation。否则，增加读计数。如果读计数超过丢弃阈值，丢掉部分数据，这一步是为了防止cumulation中堆积的数据过多。
把反序列化得到的Message List传递到pipeline中的下一个ChannelInboundHandler处理。
由于使用了cumulation，ByteToMessageDecoder就变成了一个有状态的ChannelHandler, 它必须是独占的，不能使用ChannelHandler.@Sharable注解。
在channelRead中，并没有直接调用decode方法，而是通过callDecode间接调用。而callDecdoe也不是直接调用，而是调用了decodeRemovalReentryProtection方法，这个方法只是对decode调用的简单封装。参数in是堆积缓冲区cumulation。 这个方法主要实现上面描述的第2个步骤。
1 //在channelRead中调用方式:callDecode(ctx, cumulation, out);
2 protected void callDecode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List out) {
3 try {
4 while (in.isReadable()) {
5 int outSize = out.size();
6
7 if (outSize > 0) {
8 fireChannelRead(ctx, out, outSize);
9 out.clear();
10
11 // Check if this handler was removed before continuing with decoding.
12 // If it was removed, it is not safe to continue to operate on the buffer.
13 //
14 // See:
15 // - https://github.com/netty/netty/issues/4635
16 if (ctx.isRemoved()) {
17 break;
18 }
19 outSize = 0;
20 }
21
22 int oldInputLength = in.readableBytes();
23 decodeRemovalReentryProtection(ctx, in, out);
24
25 // Check if this handler was removed before continuing the loop.
26 // If it was removed, it is not safe to continue to operate on the buffer.
27 //
28 // See https://github.com/netty/netty/issues/1664
29 if (ctx.isRemoved()) {
30 break;
31 }
32
33 if (outSize == out.size()) {
34 if (oldInputLength == in.readableBytes()) {
35 break;
36 } else {
37 continue;
38 }
39 }
40
41 if (oldInputLength == in.readableBytes()) {
42 throw new DecoderException(
43 StringUtil.simpleClassName(getClass()) +
44 ".decode() did not read anything but decoded a message.");
45 }
46
47 if (isSingleDecode()) {
48 break;
49 }
50 }
51 } catch (DecoderException e) {
52 throw e;
53 } catch (Exception cause) {
54 throw new DecoderException(cause);
55 }
56 }
5-19行，如果已经成功分离出了至少一个数据包并成功反序列化，就调用fireChannelRead把得到的Message传递给pipeline中的下一个Handler处理。fireChannelRead会对out中的每一个Message调用一次ctx.fireChannelRead。
22,23行，先记下in中的数据长度，再执行反序列化操作。
33,39行，如果outSize == out.size()(没有反序列化到新的Message), 且oldInputLength == in.readableBytes()(in中的数据长度没有变化)表示in中的数据不足以完成一次反序列化操作，跳出循环。否则，继续。
41行，出现了异常，完成了一次反序列化操作，但in中的数据没变化，凭空多了(或少了)一些反序列化的后Message。
同时可以进行序列化和反序列化的抽象类: ByteToMessageCodec
这个类是ChannelDuplexHandler的派生类，可以同时序列化和反序列化操作。和前面两个类相比，它没什么特别是实现，内部使用MessageToByteEncoder
序列化，使用ByteToMessageDecoder反序列化。
类型转换编码的抽象实现: MessageToMessageEncoder
这个类是ChannelOutboundHandlerAdapter的派生类，它在功能是在write过程中，把 I 类型的数据转换成另一种类型的数据。它定义了抽象方法encode，有子类负责实现具体的转换操作。
1 @Override
2 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
3 CodecOutputList out = null;
4 try {
5 if (acceptOutboundMessage(msg)) {
6 out = CodecOutputList.newInstance();
7 @SuppressWarnings("unchecked")
8 I cast = (I) msg;
9 try {
10 encode(ctx, cast, out);
11 } finally {
12 ReferenceCountUtil.release(cast);
13 }
14
15 if (out.isEmpty()) {
16 out.recycle();
17 out = null;
18
19 throw new EncoderException(
20 StringUtil.simpleClassName(this) + " must produce at least one message.");
21 }
22 } else {
23 ctx.write(msg, promise);
24 }
25 } catch (EncoderException e) {
26 throw e;
27 } catch (Throwable t) {
28 throw new EncoderException(t);
29 } finally {
30 if (out != null) {
31 final int sizeMinusOne = out.size() - 1;
32 if (sizeMinusOne == 0) {
33 ctx.write(out.get(0), promise);
34 } else if (sizeMinusOne > 0) {
35 // Check if we can use a voidPromise for our extra writes to reduce GC-Pressure
36 // See https://github.com/netty/netty/issues/2525
37 ChannelPromise voidPromise = ctx.voidPromise();
38 boolean isVoidPromise = promise == voidPromise;
39 for (int i = 0; i < sizeMinusOne; i ++) {
40 ChannelPromise p;
41 if (isVoidPromise) {
42 p = voidPromise;
43 } else {
44 p = ctx.newPromise();
45 }
46 ctx.write(out.getUnsafe(i), p);
47 }
48 ctx.write(out.getUnsafe(sizeMinusOne), promise);
49 }
50 out.recycle();
51 }
52 }
53 }
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6-12行，如果msg是 I 类型的数据，调用encode把它转换成另一种类型。
16-20行，如果没有转换成功，抛出异常。
23行， 如果msg不是 I 类型，跳过当前的Handler。
31-50， 如果转换成功，把转换后的数据传到到下一个Handler处理。33行处理只有一个转换结果的情况。37-48行处理有多个转换结果的情况。
类型转换解码的抽象实现: MessageToMessageDecoder
这个类是ChannelInboundHandlerAdapter的派生类，它的功能是在read的过程中，把 I 类型的数据转换成另一种类型的数据。它定义了抽象方法decode，有子类负责实现具体的转换操作。它的channelRead和上面的类实现相似，但更简单，这里就不再分析源码了。
类型转换编解码的抽象实现: MessageToMessageCodec
这个类是ChannelDuplexHandler的派生类，它的功能是在write过程中把OUTBOUND_IN类型的数据转换成INBOUND_IN类型的数据，在read过程中进程相反的操作。它没有特别的实现，内部使用前面的两个类实现编解码。