Netty之ByteBuf

 

       在使用NIO时需要使用缓冲区，常用的缓冲区就是JDK NIO类库提供的java.nio.Buffer，而主要使用的是ByteBuffer。但是ByteBuffer也有局限性：
       1.ByteBuffer长度固定，一旦分配完成，它的容量就不能动态扩展和收缩，当需要编码的POJO对象大于ByteBuffer的容量时，会发送索引越界异常；
       2.ByteBuffer只有一个标识位置的指针position，读写的时候需要手工调用flip()和rewind()等，使用者必须小心谨慎地处理这些API，否则很容易导致程序处理失败；
       3.ByteBuffer的API功能有限，一些高级和实用的特性它不支持，需要使用者自己编程。

       为弥补这些不足，Netty提供了自己的ByteBuffer实现——ByteBuf。ByteBuf依然是个Byte数组的缓冲区，它的基本功能应该与JDK的ByteBuffer一致，提供以下几类基本功能：
       1. 7种Java基础类型、byte数组、ByteBuffer等的读写；
       2. 缓冲区自身的copy和slice等；
       3. 设置网络字节序；
       4. 构造缓冲区实例；
       5. 操作位置指针等方法；

 

 

 

       ByteBuf通过2个位置指针来协助缓冲区的读写操作，读操作使用readerIndex，写操作使用writerIndex。
       readerIndex和writerIndex的取值一开始都是0，随着数据的写入writerIndex会增加，读取数据会使readerIndex增加，但是它不会超过writerIndex。在读取之后，0~readerIndex的就被视为discard的，调用discardReadBytes方法，可以释放这部分空间，它的作用类似ByteBuffer的compact方法。ReaderIndex和writeIndex之间的数据是可读取的，等价于ByteBuffer的positon和limit之间的数据。writerIndex和capacity之间的空间是可写的，等价于ByteBuffer的limit和capacity之间的可用空间。
       由于写操作不修改readerIndex指针，读操作不修改writerIndex指针，因此读写之间不再需要调整位置指针，这极大地简化了缓冲区的读写操作，避免了由于遗漏或者不熟悉flip()操作导致的功能异常.

 

   

    

    

     

        

 

       需要注意的是，调用discardReadBytes会发生字节数组的内存复制，所以频繁调用将会导致性能下降。

 

 

 

 

 

 

       当对缓冲区进行读操作时，由于某些原因，可能需要对之前的操作进行回滚。读操作并不会改变缓冲区的内容，回滚操作主要就是重新设置索引信息。
       对于JDK的ByteBuffer，调用mark操作会将当前的位置指针备份到mark变量中，当调用reset操作之后，重新将指针的当前位置恢复为备份在mark中的值。
       Netty的ByteBuf也有类似的接口。因为ByteBuf有读索引和写索引，因此，它总共有4个相关的方法：markReaderIndex、resetReaderIndex、markWriterIndex、resetWriterIndex。


       通常情况下，当对ByteBuffer进行put操作的时候，如果缓冲区剩余可写空间不够，就会发生BufferOberflowException异常。为避免发生这个问题，通常在进行put操作的时候会对剩余可用空间进行校验，如果剩余空间不足，需要重新创建一个新的ByteBuffer，并将之前的ByteBuffer复制到新创建的ByteBuffer中，最后释放老的ByteBuffer。
       ByteBuf对write操作进行封装，由ByteBuf的write操作负责进行剩余可用空间的校验，如果可用缓冲区不足，ByteBuf会自动进行动态扩展。

 

 

 

ByteBuf的主要类继承关系:

      

 

 

从内存分配的角度看，ByteBuf可以分2类：
       1. 堆内存（HeapByteBuf）字节缓冲区：特点是内存的分配和回收速度快，可以被JVM自动回收；缺点就是如果进行Socket的I/O读写，需要额外做一次内存复制，将堆内存对应的缓冲区复制到内存Channel中，性能会有一定程度的下降；
       2. 直接内存（DirectByteBuf）字节缓冲区：非堆内存，它在堆外进行内存分配，相对于堆内存，它的分配和回收速度会慢一些，但是将它写入或者从Socket Channel中读取时，由于少了一次内存复制，速度比堆内存快。
       最佳实践：在I/O通信线程的读写缓冲区使用DirectByteBuf，后端业务消息的编解码模块使用HeapByteBuf。

 

 

从内存回收角度看，ByteBuf分2类：

       基于对象池的ByteBuf和普通ByteBuf。

       两者的主要区别就是基于对象池的ByteBuf可以重用ByteBuf对象，它自己维护一个内存池，可以循环利用创建的ByteBuf，提高内存使用效率，降低由于高负载导致的频繁GC。测试表明使用内存池后的Netty在高负载、大并发的冲击下内存和GC更加平稳。