Netty系列-一分钟了解ByteBuffer和ByteBuf结构

        上一篇文章BIO、NIO扫盲主要介绍了BIO和NIO模型网络结构，并通过简单代码说明BIO和NIO核心功能及使用。NIO通过多路复用选择器Selector解耦server和client的网络连接，只有当client对应的channel准备好相关事件后，server端才会作出相应回馈，通过这种机制支持网络高并发。但使用NIO类库和API繁杂，要考虑线程安全、失败缓存、网络闭包等问题，工作量和难度都很大。Netty是业界最流行的NIO框架之一，经历大规模商业应用考验，成熟、稳定、性能高。接下来介绍下NIO网络通信中java nio ByteBuffer和Netty中ByteBuf中主要方法属性。

     ByteBuffer

        Java NIO提供ByteBuffer作为字节容器，但只有一个位置指针用于处理读写操作，每次读写时候都需要额外调用flip()和clear()方法，否则功能将会出错。查看ByteBuffer源码如下：

图-ByteBuffer源码

     mark：调用mark()方法的话，mark值将存储当前position的值，等下次调用reset()方法时，会设定position的值为之前的标记值；

     position：是下一个要被读写的元素的数组下标索引，该值会随get()和put()的调用自动更新；

     limit：是缓冲区中第一个不能读写的元素的数组下标索引，也可以认为是缓冲区中实际元素的数量；

     capacity：是缓冲区能够容纳元素的最大数量，这个值在缓冲区创建时被设定，而且不能够改变，如下，创建了一个最大容量为10的字节缓冲区；

      四者关系如下：

       0 <=mark <= position <= limit <= capacity

    具体功能展示：

    创建ButterBuffer:

      ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

      创建初始化缓冲区，可以看到初始值position=0，而limit=capacity=初始化长度

图-创建ByteBuffer

     往ByteBuffer灌入数据

        bf.put((byte)'H').put((byte)'e').put((byte)'l').put((byte)'l').put((byte)'0')

        向缓冲区存入数据时，没存储一个字符，position索引后移一位

图-向缓冲区输入hello

      调用flit刷新缓冲区为读模式

        bf.flip()

        缓冲区有两种模式，分别是写模式和读模式，这两种模式通过使用flip方法进行模式。如上将缓冲区切换为读模式，则position变成了初值位置0，而limit变成了写模式下position位置。

图-使用flit切换缓冲区为read模式

      读取缓冲区中到内容：get()

        System.out.println((char)bf.get()+""+(char)bf.get());

图-读取缓冲区内容

        调用mark(),标记position位置  

            bf.mark()

图-调用mark标记position位置

             标记完position后，继续读取缓冲区区内容

            System.out.print((char)bf.get()+""+(char)bf.get())

图-继续读取缓冲区数据

               使用reset()方法可以使position回到mark存储到位置
                bf.reset()

图-使用reset方法，将position位置调整mark记录到位置

图-position位置调整

     调用compact()方法，清空已读取数据空间，进行数据到重新填充

       bf.compact（）

        compact方法当缓冲区数据写入channel时没有一次性写入完成，通过执行compact方法，将没有写完的数据重新移动到缓冲区到初始位置，position调整为没有写完数据的下个索引，limit调整为capacity。这样buffer可以循环使用，继续向buffer写入数据了。

图-使用compact压缩缓冲区

    使用clear清空缓冲区

        bf.clear()

图-clear初始化缓冲区

    ByteBuf

       ByteBuf是Netty框架封装的数据缓冲区，区别于ByteBuffer需要有position、limit、flip等属性和操作来控制byteBuffer数据读写，Bytebuf通过两个位置指针来协助缓冲区的读写操作，分别是readIndex和writerIndex。

        初始化ByteBuf时，readIndex和writerIndex取值一开始是0，随着数据的写入writerIndex会增加，读取数据会使readIndex增加，但不会超过writerIndex。在读取之后0-readIndex被视为discard，调用discardReadBytes方法，释放这部分空间，作用类似于ByteBuffer的compact方法，移除无用数据，实现缓冲区的重复使用。

     初始化ByteBuf

        ByteBuf bf= Unpooled.buffer(10,100)     

图-分配ByteBuf

       write：写入N个字节之后ByteBuf

图-向ByteBuf写入N个字节

          read：读取M个字节后(M

图-读取M个字节后

        discardReadBytes:

图-使用discardReadBytes进行数据压缩

      总结

        在上面的介绍中可以看到Netty中的ByteBuf使用更加方便，还提供了查找操作(indexOf(int fromindex,int toIndex,byte value)、bytesBefore(Byte value))、数据复制(Derived buffers)、ByteBuffer和ByteBuf互相转化等功能更强大的方法。