一文读懂netty对javabytebuf的增强

一、JDKByteBuffer的缺点

1.无法动态扩容：长度是固定，不能动态扩展和收缩，当数据大于ByteBuffer容量时，会发生索引越界异常。

2.API使用复杂：读写的时候需要手工调用flip()和rewind()等方法，使用时需要非常谨慎的使用这些api，否则很容易出现错误。

二、ByteBuf做的增强方面

1.API操作便捷性

2.动态扩容

3.多种ByteBuf实现

4.高效的零拷贝机制

三、netty中对ByteBuf操作

ByteBuf三个重要的属性：capacity容量、readerIndex读取位置、writeindex写入位置。提供了两个指针变量来支持顺序读和写操作，分别为readerIndex和写操作writeIndex。

代码实例：

public class ByteBufDemo {
    @Test
    public void apiTest() {
        //  +-------------------+------------------+------------------+
        //  | discardable bytes |  readable bytes  |  writable bytes  |
        //  |                   |     (CONTENT)    |                  |
        //  +-------------------+------------------+------------------+
        //  |                   |                  |                  |
        //  0      <=       readerIndex   <=   writerIndex    <=    capacity

        // 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("将读写指针清空后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("将内容清零后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(bytes3));
        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");
}

 四、动态扩容

capacity默认值：256字节、最大值：Integer.MAX_VALUE(2GB)；write*方法调用时，通过AbstractByteBuf.ensureWritable()进行检查。容量计算方法：AbstractByteBufAllocator.calculateNewCapacity（新capacity的最小要求，capacity最大值）根据capacity的最小值要求，对应有两套计算方法：

          1.没超过4兆：从64字节开始，每次增加一倍，直至计算出来的newCapacity满足新容量最小要求。实例：当前大小256，已写250，继续写10字节数据，需要的容量最小要求是261，则新容量是64*2*2*2 = 512。

          2.超过4兆：新容量 = 新容量最小要求/4兆 * 4兆 + 4兆。实例：当前大小3兆，已写3兆，继续写2兆数据，需要的容量最小要求是5兆，则新容量是9兆（不能超过最大值）。

五、丰富的byteBuf实现

netty中根据3个纬度，可以划分出8中byteBuf的实现：

堆外/堆内	是否池化	访问方式	具体实现类	备注
heap堆内	unpool	safe	UnpooledHeapByteBuf	数组实现
		unsafe	UnpooledUnsafeHeapByteBuf	unsafe类直线操作内存
	pool	safe	PooledHeapByteBuf
		unsafe	PooledUnsafeHeapByteBuf
direct堆外	unpool	safe	UnpooledDirectByteBuf	NIO DirectByteBuffer
		unsafe	UnpooledUnsafeDirectByteBuf
	pool	safe	PooledDirectByteBuf
		unsafe	PooledUnsafeDirectByteBuf

在使用中，都是通过ByteBufAllocator分配器进行申请，同时分配器具备有内存管理的功能。

六、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。

• 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。

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

• slice()方法。将一个ByteBuf对象切分成多个ByteBuf对象。