20190826_Netty ByteBuf与NIO ByteBuffer

Netty中使用了ByteBuf作为数据容器，它相对于NIO的ByteBuffer做了不少改进。下面我们分别对它们进行介绍。

ByteBuffer

NIO为New IO, 区别于传统的Java IO。 Java Io 最核心的概念是流（stream)，是面向流的编程。 java的流要么是输入流，要么是输出流，不可能同时包含两个。而java nio 有3个核心的概念。 selector, channel , buffer。 是面向块（block) 或者缓冲区（buffer)编程的。所有数据的读写都是通过Buffer来进行的。由于channel是双向的，更能反映出底层操作系统的真实情况，并且能支持异步读。buffer是个内存，底层实现是一个数组，数据的读或者写都是通过buffer来实现的。

ByteBuffer的UML图：

1. HeapByteBuffer
   在jvm堆上面的一个buffer，底层的本质是一个数组
   由于内容维护在jvm里，所以把内容写进buffer里速度会快些；并且，可以更容易回收

2. DirectByteBuffer
   底层的数据其实是维护在操作系统的内存中，而不是jvm里，DirectByteBuffer里维护了一个引用address指向了数据，从而操作数据
   跟外设（IO设备）打交道时会快很多，因为外设读取jvm堆里的数据时，不是直接读取的，而是把jvm里的数据读到一个内存块里，再在这个块里读取的，如果使用DirectByteBuffer，则可以省去这一步，实现zero copy

0 <= mark <= position <= limit <= capacity
position: 位置，下一个要被读的元素的索引，每次读缓冲区数据时都会改变改值，为下次读写作准备。
mark: 为某一位置做标记，便于某些时候回退到该位置。
capacity: 初始化时候的容量。
limit: 当写数据到buffer中时，limit一般和capacity相等，当读数据时，limit代表buffer中有效数据的长度。

ByteBuffer API:

绝对方法：忽略Limit 与 position.
相对方法：limit 与position在操作中会被考虑到

1. flip():
   是翻转（状态翻转，读/写切换) 。 将limit设置为当前的position, 将position设置为0
2. clear():
   将limit设置为capcity, 将position设置为0
3. compact()：
   把从position到limit中的内容移到0到limit-position的区域内。将position设为最后一个未读元素的后面; 将Limit设置为capacity；现在buffer就准备好了，但是不会覆盖未读的数据。

ByteBuf

ByteBuf有两个指针：
0 <= readIndex <= writeIndex <= capcity

duplicate() 浅复制
copy() 深复制

注意： 通过索引来访问Byte时并不会改变真实的读索引和写索引；可以通过ByteBuff的readIndex()和writeIndex()来读和写索引。

Netty ByteBuf所提供的3种缓冲区类型：

1. heap buffer.
   这是最常见的类型，ByteBuf将数据储存到JVM的堆空间中，并且将实际的数据放到byte buffer中。
   优点： 由于数据是储存在JVM的堆中，因此可以快速的创建和回收，并且它提供了直接访问内部字节数组的方法。
   缺点： 每次读取数据中，都需要先将数据复制到直接缓冲区再进行网络传输。

2. direct buffer
   在堆之外直接分配内存空间，直接缓冲区并不会占用堆的容量空间，因为它是操作系统在本地内存进行数据分配。
   优点： 在使用Socket进行数据传送时，性能非常好。
   缺点：因为Direct Buffer是直接在操作系统内，分配与释放更加复杂，速度较慢。

Netty通过提供内存池来解决这个问题。直接缓冲区并不支持通过字节数组的方式访问数据、
重点： 对于后端的业务消息的编解码来说，推荐使用HeapByteBuf; 通过I/O通信线程在读写缓冲区时，推荐使用Direct Buffer.

3. compostie buffer.
   (复合缓冲区，可放heap buffer，也可放direct buffer）

ByteBuffer和ByteBuf的差别

1. Netty的ByteBuf采用了读写索引分离的策略（readIndex和writeIndex), 一个初始化（里面没有任何数据)的ByteBuf的readIndex与writeIndex都为0.

2. 当读索引和写索引处于同一个位置时，我们继续读，会抛出indexoutboundsException.

3. 对于ByteBuf的任何读写操作都会单独维护读写索引. maxCapcity最大容量的限制就是Integer.MAX_VLAUE.

其中，JDK的ByteBuffer缺点：

1. final byte[]hb; 这是存储对象的对象声明；为final，不能动态扩容与缩容；存储数据很大时很可能出现indexoutboundsException。预防这个异常需要知道存储前知道大小。如果ByteBuffer空间不足：我们只有一个解决办法，创建一个ByteBuffer对象，然后将之前的ByteBuffer复制过去，这些需要使用者自己去做，很不方便。

2. ByteBuffer只用一个position，进行读写切换时需要调用flip或rewind，不方便。