Netty框架中的ByteBuf对java.nio.ByteBuffer的微创新（2）

常规的网络通信程序引用的是TCP/IP协议的传输层接口，对于面向连接的TCP协议，数据的传输形式是流（Stream），其特点是传输的数据无消息边界。套接字就像管道的两端，数据从一端流入，从另一端流出，数据的流动是连续的。

TCP 协议提供了发送和接收数据的接口，发送操作每次发送一串字节，接收操作每次接收一串字节，TCP协议保证发送数据的顺序和接收数据的顺序相同，比如发送数据为0123456789（10个字节），只要套接字不出现错误，另一端接收到的数据一定是0123456789（10个字节）。但接收数据的操作却不一定要和发送数据的操作一一对应。这主要是因为 TCP 协议是字节流形式的、无消息边界的协议，受网络传输中的不确定因素的影响，不能保证每次send和recv操作能够一一对应。上述情况可以形象表示为：

情况1：	发送：	012	3456789		接收：	012		3456789
情况2：	发送：	012	3456789		接收：	0123456789
情况3：	发送：	012	3456789		接收：	01	234		56789
......
情况N：	发送：	012	3456789		接收：	......

有些时候传输的数据具有一定的协议语义，为了保证接收方不出现解析错误， 编程时必须要考虑消息边界问题， 否则就可能会出现命令格式解析错误、丢失命令等后果。实际应用中，解决 TCP 协议消息边界问题的方式有三种：

第一种方式是发送固定长度的消息。该方法类似于CPU的RISC架构，每条指令的长度相同，这种处理方式最简单，但需要仔细设计指令体系。

第二种方式是各种指令具有不同的头标识，具体到每种指令的长度则固定，收到指令后根据头部标识判断指令的总长度。该方法类似于CPU的CISC架构，各种指令的长度不同，但每种指令的长度是已知固定的。

第三种方式是将消息长度在头部进行标识，相当于对第二种方式的优化，将整条指令划分为头部和数据部分，头部长度固定，包含指令类型和数据部分长度，解析后一次读取数据部分长度。这种方式降低了指令解析的复杂度。

以第三种方式为例，分别使用java.nio.ByteBuffer和io.netty.buffer.ByteBuf演示指令解析的过程。

使用java.nio.ByteBuffer演示网络流的读取、解析过程：

// 读取数据.
int cnt = channel.read(src);
if(cnt < 0) {
// ...
} elseif (cnt == 0) {
// ...
}
// 解析指令循环，一次读取可能会读到多条指令
ByteBuffer buf = src.duplicate();
buf.flip();
while (buf.remaining() >= PDU_HEAD_LEN) {
int pduLen = buf.getInt(buf.position());
if (buf.remaining() >= pduLen) {
// 循环处理指令的各个字段
// ...
}
// buf中剩下的数据为下一个指令的数据，下一次循环将继续解析，直到数据不足一条指令
}
// buf中剩下的数据不足一条指令，等待下次读取数据后再次处理
// 将数据转移到src的头部，供读取添加，每次都需执行
bufTmp.clear();
bufTmp.put(buf);
bufTmp.flip();
src.clear();
src.put(bufTmp);

使用io.netty.buffer.ByteBuf演示网络流的读取、解析过程：

// 读取数据.
src.clear();
int cnt = channel.read(src);
if(cnt < 0) {
// ...
} elseif (cnt == 0) {
// ...
}
src.flip();
buf.writeBytes(src);
// 解析指令循环，一次读取可能会读到多条指令
while (buf.readableBytes() >= PDU_HEAD_LEN) {
int pduLen = buf.getInt(buf.readerIndex());
if (buf.readableBytes() >= pduLen) {
// 循环处理指令的各个字段
// ...
}
// buf中剩下的数据为下一个指令的数据，下一次循环将继续解析，直到数据不足一条指令
}
// buf中剩下的数据不足一条指令，等待下次读取数据后再次处理
// 根据必要进行buf的压缩，根据系统内存进行权衡，可以每500次执行一次压缩
if (buf.writerIndex() > ALLOW_CAP) {
buf.writeBytes(buf);
}

结论：从上述代码看，使用io.netty.buffer.ByteBuf进行网络流的读取、解析，不仅代码简洁、易懂而且高效。最好的代码不是使用了丰富的注释，而是不需过多注释就通俗易懂。这其中的一个重要原因在于io.netty.buffer.ByteBuf将readerIndex和writerIndex分开标记，并使用了准确的接口命名带来的。而java.nio.ByteBuffer的接口设计中，get和put则使用了同一个位置标识position，用limit标识有效数据的末尾，如果是交替读写，其代码反复调用duplicate和flip将让人感到莫名其妙，或者使用getXXX(index)或者put(index, value)就更让人摸不着头脑。另外put和get的命名也让人奇怪，为什么不使用write和read更直接的单词命名呢？同样是开源工程，显然netty这一小步，给网络编程的进化带来了一大步。Netty带来的优势远不至于此，后续将花时间逐步介绍。在此祝愿会有更多更好的像netty这样的开源工程涌现出来！