ByteBuf 详解(一）
一、初始ByteBuf
网络上数据的基本单位总是字节。java NIO提供了ByteBuffer作为它的字节容器，但是这个类使用起来过于复杂和繁琐。
netty的替代品ByteBuf，一个强大的实现。既解决了JDK API的局限性，又为网络应用程序的开发者提供了更好的api。
ByteBuf维护着两个索引，一个是读索引，一个是写索引。
* +-------------------+------------------+------------------+ * | discardable bytes | readable bytes | writable bytes | * | | (CONTENT) | | * +-------------------+------------------+------------------+ * | | | | * 0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
可以看出
- 0到readerIndex 之间的数据是已经丢弃的数据
- readerIndex 到 writerIndex之间的为可读数据
- writerIndex 到capacity之间的数据为可写数据
ByteBuf API的优点：
- 它可以被用户自定义的缓冲区类型扩展
- 通过内置的符合缓冲区实现了透明的零拷贝
- 容量可以按需增长(类似于JDK的StringBuffer)
- 在读和写这两种模式之间切换不需要ByteBuffer的flip()方法
- 读和写使用了不同的搜索
- 支持方法的链式调用
- 支持引用计数
- 支持池化
二、ByteBuf类 – netty的数据容器
ByteBuf维护两个不同的索引，一个是读索引（readerIndex)，一个是写索引（writerIndex)。当从ByteBuf中读取数据的时候readerIndex索引会递增已经被读取的字节数。同样，当写入ByteBuf的时候，它的writerIndex索引会被递增。下图展示了一个初始容量为16的空ByteBuf的布局和状态
readIndex和writeIndex均为0的16字节的ByteBuf
-
1、如果readerIndex和WriterIndex的值一样的时候，如果继续向前读取数据。将会抛出
IndexOutOf-BoundsException。 -
2、以read或者write开头的ByteBuf方法，将会推进其对应的索引，而名称以set或get开头操作不会修改索引。
-
3、ByteBuf具有最大的容量值，试图移动写索引超过这个值，将会触发一个异常。其默认的限制为Integer.MAX_VALUE
三、ByteBuf的几种使用方式
1、堆缓冲区
最常用的ByteBuf模式是将数据存储在 JVM 的堆空间中。这种模式被称为支撑数组（backing array），它能在没有使用池化的情况下提供快速的分配和释放。
/**
* 测试堆缓冲区的使用 byteBuf分配的内存为Java 的堆内存
*/
@Test
public void testHeapByte(){
ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer();
//向byteBuf中写入数据
for(int i= 65;i<65+26;i++){
byteBuf.writeByte(i);
}
//从byteBuf中读取数据
byte[] bytes = new byte[26];
byteBuf.readBytes(bytes);
System.out.println(new String(bytes));
}
2、直接缓冲区
直接缓冲区是另外一种ByteBuf的模式。我们期望用于对象创建的内存分配永远都来自于堆中，NIO 在JDK1.4中引入的ByteBuffer类允许JVM实现通过本地调用来分配内存。这主要是避免在每次调用本地I/O操作之前将缓冲区的数据复制到一个中间缓冲区。使用直接缓冲区的示例代码如下：
/**
* 测试直接缓冲区的使用
*/
@Test
public void testDirectByte(){
ByteBuf byteBuf = Unpooled.directBuffer();
//向byteBuf中写入数据
for(int i= 65;i<65+26;i++){
byteBuf.writeByte(i);
}
//从byteBuf中读取数据
byte[] bytes = new byte[26];
byteBuf.readBytes(bytes);
System.out.println(new String(bytes));
}
3、复合缓冲区
第三种 也是最后一种模式使用的是符合缓冲区，它为多个ByteBuffer提供一个聚合视图。可以根据实际的需要添加或者删除一个ByteBuf的实例。这个功能是JDK的ByteBuffer实现完全缺失的一个特性。
ByteBuf的子类 – compositeByteBuf实现了这个模式，它提供了一个将多个缓冲区一个统一的视图。
我们考虑一下一个又两部分 — 头部和主题 — 组成的将通过http协议发送的消息。
示例代码如下：
/**
* 测试符合缓冲区的使用
* 符合缓冲区的如果包含多个缓冲区，那么就会直接返回false
*/
@Test
public void testCompositeBuffer() throws IOException {
CompositeByteBuf byteBufs = Unpooled.compositeBuffer();
ByteBuf heapBuf = Unpooled.buffer();
ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer();
heapBuf.readableBytes();
heapBuf.writeBytes("我是头部信息".getBytes());
directBuf.writeBytes("我是尾部信息".getBytes());
//将 buf添加到符合缓冲区中
byteBufs.addComponents(true,heapBuf);
byteBufs.addComponents(true,directBuf);
//从符合缓冲区中读取数据
byte[] bytes = new byte[byteBufs.readableBytes()];
byteBufs.readBytes(bytes);
System.out.println(new String(bytes));
}
四、ByteBuf的字节级操作
1、随机访问索引
跟java的普通数组一样，ByteBuf的索引位置也是从0开始的，第一个字节的索引是0，最后一个字节的索引是capacity()-1。如下面的代码所示：
@Test
public void randomAccessByte(){
ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(16);
byteBuf.writeBytes("abcdefg".getBytes());
System.out.println((char)byteBuf.getByte(2));
}
使用那些需要一个索引值参数的方法时不会改变readerIndex和writerIndex这两个索引。如果有需要，可以调用readerIndex(index)和writerIndex(index)手动调整。
2、顺序访问
由于JDK的ByteBuffer只有一个索引，所以其需要通过调用flip()方法来在读写模式之间进行切换，下图展示了ByteBuf如何被两个索引划分为3个区域。
3、可丢弃字节
可丢弃字节的分段包含了已经被读过的字节。通过调用 方法，可以丢弃他们并回收空间。这个分段的初始大小为0，存储在readIndex中，随着readerIndex的值不断增加而增大。
* BEFORE discardReadBytes() * * +-------------------+------------------+------------------+ * | discardable bytes | readable bytes | writable bytes | * +-------------------+------------------+------------------+ * | | | | * 0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity * * * AFTER discardReadBytes() * * +------------------+--------------------------------------+ * | readable bytes | writable bytes (got more space) | * +------------------+--------------------------------------+ * | | | * readerIndex (0) <= writerIndex (decreased) <= capacity
上述是摘录自ByteBuf的注释片段。我们可以清楚的看到，执行完discardBytes()方法后，readIndex的值变为0，且可写区域增大 。
调用discardReadBytes()可以确保可写分段的最大化，但是这里面伴随着内存的复制。建议还是在只有真正需要的时候才那么做。