ByteBuf--Netty的數(shù)據(jù)容器

ByteBuf--Netty的數(shù)據(jù)容器

網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕締挝皇亲止?jié)，在Java NIO中，JDK提供了Buffer接口，以及其相關(guān)的實(shí)現(xiàn)作為NIO操作 數(shù)據(jù)的容器，如ByteBuffer等等。 而Netty為了解決Buffer原生接口的復(fù)雜操作提供了ByteBuf， ByteBuf是一個(gè)很好的經(jīng)過優(yōu)化過的數(shù)據(jù)容器，我們可以將字節(jié)數(shù)據(jù)添加到ByteBuf中或從ByteBuf中獲取數(shù)據(jù)， 相比于原生Buffer，ByteBuf更加靈活和易用。

Netty的數(shù)據(jù)處理主要通過兩個(gè)API提供：

abstract class ByteBuf

interface ByteBufHolder

使用ByteBuf API能夠給我們帶來良好的編碼體驗(yàn)，如

正常情況下，ByteBuf比ByteBuffer的性能更好；

實(shí)現(xiàn)了ReferenceCounted引用計(jì)數(shù)接口，優(yōu)化了內(nèi)存的使用；

容量可以動(dòng)態(tài)增長，如StringBuilder之于String；

在讀和寫這兩種模式切換時(shí)，無需像ByteBuffer一樣調(diào)用flip方法，更易于操作；

...

ByteBuf還有很多好處，上面列舉的只是一部分，其他優(yōu)點(diǎn)就需要各位同學(xué)慢慢了解了。

ByteBuf實(shí)現(xiàn)

ByteBuf維護(hù)了兩個(gè)不同的索引：一個(gè)是用于讀取的readerIndex ， 一個(gè)是用于寫入的writerIndex。 當(dāng)我們寫入字節(jié)到ByteBuf后，writerIndex增加，開始讀取字節(jié)后，readerIndex開始增加。讀取字節(jié)直到 readerIndex和writerIndex到達(dá)同一位置（已經(jīng)讀取到末尾了），ByteBuf就變?yōu)椴豢勺x。 這就好比當(dāng)我們訪問數(shù)組時(shí)，超出了它的范圍時(shí)，程序會(huì)拋出IndexOutOfBoundException。

當(dāng)我們調(diào)用ByteBuf以read或write開頭的方法時(shí)，將會(huì)增加這個(gè)ByteBuf的讀索引或?qū)懰饕T如set或get 的方法則不會(huì)改變索引。

我們可以指定ByteBuf的最大容量，如果對ByteBuf的寫入操作導(dǎo)致writerIndex超出了最大容量，那么程序?qū)?huì) 拋出一個(gè)異常，ByteBuf的最大容量是Integer.MAX_VALUE。

ByteBuf大致的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)：

ByteBuf使用模式

ByteBuf有多種使用模式，我們可以根據(jù)需求構(gòu)建不同使用模式的ByteBuf。

堆緩沖區(qū)(HeapByteBuf)： 最常用的ByteBuf模式是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在JVM的堆空間中，實(shí)際上是通過數(shù)組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 所以這種模式被稱為支撐數(shù)組（Backing Array）。它可以在沒有使用池化的情況下快速分配和釋放， 適合用于有遺留數(shù)據(jù)需要處理的情況。

直接緩沖區(qū)(DirectByteBuf)： 在Java中，我們創(chuàng)建的對象大部分都是存儲(chǔ)在堆區(qū)之中的，但這不是絕對的，在NIO的API中， 允許Buffer分配直接內(nèi)存，即操作系統(tǒng)的內(nèi)存，這樣做的好處非常明顯： 前面在傳輸章節(jié)介紹過的零拷貝技術(shù)的 特點(diǎn)之一就是規(guī)避了多次IO拷貝，而現(xiàn)在數(shù)據(jù)直接就在直接內(nèi)存中，而不是在JVM應(yīng)用進(jìn)程中，這不僅減少了拷貝次數(shù)， 是否還意味著減少了用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的上下文切換呢？ 直接緩沖區(qū)的缺點(diǎn)也比較明顯： 直接內(nèi)存的分配和釋放都較為昂貴，而且因?yàn)橹苯?緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)不是在堆區(qū)的，所以我們在某些時(shí)候可能需要將直接緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)先拷貝一個(gè)副本到堆區(qū)， 再對這個(gè)副本進(jìn)行操作。 與支撐數(shù)組相比，直接緩沖區(qū)的工作可能更多，所以如果事先知道數(shù)據(jù)會(huì)作為 一個(gè)數(shù)組來被訪問，那么我們應(yīng)該使用堆內(nèi)存。

復(fù)合緩沖區(qū)（CompositeByteBuf）： CompositeByteBuf為多個(gè)ByteBuf提供了一個(gè)聚合視圖， 我們可以根據(jù)需要，向CompositeByteBuf中添加或刪除ByteBuf實(shí)例，所以CompositeByteBuf中可能 同時(shí)包含直接緩沖區(qū)模式和堆緩沖區(qū)模式的ByteBuf。對于CompositeByteBuf的hasArray方法，?如果CompositeByteBuf中只有一個(gè)ByteBuf實(shí)例，那么CompositeByteBuf的hasArray方法 將直接返回這唯一一個(gè)ByteBuf的hasArray方法的結(jié)果，否則返回false。?除此之外，CompositeByteBuf還提供了許多附加的功能，可以查看Netty的文檔學(xué)習(xí)。

字節(jié)級別的操作

除了普通的讀寫操作，ByteBuf還提供了修改數(shù)據(jù)的方法。

如數(shù)組的索引訪問一樣，ByteBuf的索引訪問也是從零開始的，第一個(gè)字節(jié)的索引是0,最后一個(gè)字節(jié)的索引總是 capacity - 1：

注意：使用getByte方式訪問，既不會(huì)改變r(jià)eaderIndex，也不會(huì)改變writerIndex。

JDK的ByteBuffer只有一個(gè)索引position，所以當(dāng)ByteBuffer在讀和寫模式之間切換時(shí)，需要使用flip方法。 而ByteBuf同時(shí)具有讀索引和寫索引，則無需切換模式，在ByteBuf內(nèi)部，其索引滿足：

0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity

這樣的規(guī)律，當(dāng)使用readerIndex讀取字節(jié)，或使用writerIndex寫入字節(jié)時(shí)，ByteBuf內(nèi)部的分段大致如下：

上圖介紹了在ByteBuf內(nèi)部大致有3個(gè)分段，接下來我們就詳細(xì)的介紹下這三個(gè)分段。

上圖中，當(dāng)readerIndex讀取一部分字節(jié)后，之前讀過的字節(jié)就屬于已讀字節(jié)，可以被丟棄了，通過調(diào)用 ByteBuf的discardReadBytes方法我們可以丟棄這個(gè)分段，丟棄這個(gè)分段實(shí)際上是刪除這個(gè)分段的已讀字節(jié)， 然后回收這部分空間：

ByteBuf的可讀字節(jié)分段存儲(chǔ)了尚未讀取的字節(jié)，我們可以使用readBytes等方法來讀取這部分?jǐn)?shù)據(jù)，如果我們讀取 的范圍超過了可讀字節(jié)分段，那么ByteBuf會(huì)拋出IndexOutOfBoundsException異常，所以在讀取數(shù)據(jù)之前，我們 需要使用isReadable方法判斷是否仍然有可讀字節(jié)分段。

可寫字節(jié)分段即沒有被寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域，我們可以使用writeBytes等方法向可寫字節(jié)分段寫入數(shù)據(jù)，如果我們寫入 的字節(jié)超過了ByteBuf的容量，那么ByteBuf也會(huì)拋出IndexOutOfBoundsException異常。

我們可以通過markReaderIndex，markWriterIndex方法來標(biāo)記當(dāng)前readerIndex和writerIndex的位置， 然后使用resetReaderIndex，resetWriterIndex方法來將readerIndex和writerIndex重置為之前標(biāo)記過的 位置。

我們還可以使用clear方法來將readerIndex和writerIndex重置為0，但是clear方法并不會(huì)清空ByteBuf的 內(nèi)容，下面clear方法的實(shí)現(xiàn)：

由于調(diào)用clear后，數(shù)據(jù)并沒有被清空，但整個(gè)ByteBuf仍然是可寫的，這比discardReadBytes輕量的多， DiscardReadBytes還要回收已讀字節(jié)空間。

在ByteBuf中，有多種可以確定值的索引的方法，最簡單的方法是使用ByteBuf的indexOf方法。 較為復(fù)雜的查找可以通過ByteBuf的forEachByte方法，forEachByte方法所需的參數(shù)是ByteProcessor， 但我們無需去實(shí)現(xiàn)ByteProcessor，因?yàn)锽yteProcessor已經(jīng)為我們定義好了兩個(gè)易用的實(shí)現(xiàn)。

API Java

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