1 工作原理

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，⽽且也有些繁琐。

Netty 的 ByteBuffer 替代品是 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。

从结构上来说，ByteBuf 由⼀串字节数组构成。数组中每个字节⽤来存放信息。

ByteBuf 提供了两个索引，⼀个⽤于读取数据，⼀个⽤于写⼊数据。这两个索引通过在字节数组中移动，来定位需要读或者写信息的位置。

当从 ByteBuf 读取时，它的 readerIndex（读索引）将会根据读取的字节数递增。

同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex（写索引）也会根据写⼊的字节数进⾏递增。

+-------------------+------------------+------------------+
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
| | (CONTENT) | |
+-------------------+------------------+------------------+
| | | |
0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
#discardable bytes -- 可丢弃的字节空间
#readable bytes -- 可读的字节空间
#writable bytes --可写的字节空间
#capacity -- 最⼤的容量

如果 readerIndex 超过了 writerIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsException 异常。

2 基本使用

2.1 读取操作

package cn.oldlu.myrpc.test;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class TestByteBuf01 {
    public static void main(String[] args) {
//构造
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello world",
                CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
        while (byteBuf.isReadable()){ 
        //⽅法⼀：内部通过移动readerIndex进⾏读取
            System.out.println((char)byteBuf.readByte());
        }
//⽅法⼆：通过下标直接读取
        for (int i = 0; i < byteBuf.readableBytes(); i++) {
            System.out.println((char)byteBuf.getByte(i));
        }
//⽅法三：转化为byte[]进⾏读取
        byte[] bytes = byteBuf.array();
        for (byte b : bytes) {
            System.out.println((char)b);
        }
    }
}

2.2 写入操作

package cn.oldlu.myrpc.test;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class TestByteBuf02 {
    public static void main(String[] args) {
//构造空的字节缓冲区，初始⼤⼩为10，最⼤为20
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(10,20);
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            byteBuf.writeInt(i); //写⼊int类型，⼀个int占4个字节
        }
        System.out.println("ok");
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
        while (byteBuf.isReadable()){
            System.out.println(byteBuf.readInt());
        }
    }
}

5.2.3、丢弃已读字节

#通过discardReadBytes()⽅可以将已经读取的数据进⾏丢弃处理
#就可以回收已经读取的字节空间
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)

package cn.oldlu.myrpc.test;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class TestByteBuf03 {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello world",
                CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
        while (byteBuf.isReadable()){
            System.out.println((char)byteBuf.readByte());
        }
        byteBuf.discardReadBytes(); //丢弃已读的字节空间
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
    }
}

2.4 clear()

#通过clear() 重置readerIndex 、 writerIndex 为0，需要注意的是，重置并没有删除真正的内容
BEFORE clear()
+-------------------+------------------+------------------+
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
+-------------------+------------------+------------------+
| | | |
0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
AFTER clear()
+---------------------------------------------------------+
| writable bytes (got more space) |
+---------------------------------------------------------+
| |
0 = readerIndex = writerIndex <= capacity

package cn.oldlu.myrpc.test;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class TestByteBuf04 {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello world",
                CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
        byteBuf.clear(); //重置readerIndex 、 writerIndex 为0
        System.out.println("byteBuf的容量为：" + byteBuf.capacity());
        System.out.println("byteBuf的可读容量为：" + byteBuf.readableBytes());
        System.out.println("byteBuf的可写容量为：" + byteBuf.writableBytes());
    }
}

3 ByteBuf 使用模式

根据存放缓冲区的不同分为三类：

堆缓冲区（HeapByteBuf），内存的分配和回收速度⽐较快，可以被JVM⾃动回收，缺点是，如果进⾏socket的IO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核Channel中，性能会有⼀定程度的下降。

由于在堆上被 JVM 管理，在不被使⽤时可以快速释放。可以通过ByteBuf.array() 来获取 byte[] 数据。

直接缓冲区（DirectByteBuf），⾮堆内存，它在对外进⾏内存分配，相⽐堆内存，它的分配和回收速度会慢⼀些，但是将它写⼊或从Socket Channel中读取时，由于减少了⼀次内存拷⻉，速度⽐堆内存块。

复合缓冲区，顾名思义就是将上述两类缓冲区聚合在⼀起。Netty 提供了⼀个 CompsiteByteBuf，可以将堆缓冲区和直接缓冲区的数据放在⼀起，让使⽤更加⽅便。

//默认使⽤的是DirectByteBuf，如果需要使⽤HeapByteBuf模式，则需要进⾏系统参数的设置0
System.setProperty("io.netty.noUnsafe", "true"); //netty中IO操作都是基于Unsafe完
成的
//ByteBuf 的分配要设置为⾮池化，否则不能切换到堆缓冲器模式
serverBootstrap.childOption(ChannelOption.ALLOCATOR,
UnpooledByteBufAllocator.DEFAULT);

4 ByteBuf 的分配

Netty 提供了两种 ByteBufAllocator 的实现，分别是：

PooledByteBufAllocator，实现了 ByteBuf 的对象的池化，提⾼性能减少并最⼤限度地减少内存碎⽚。

UnpooledByteBufAllocator，没有实现对象的池化，每次会⽣成新的对象实例。

//通过ChannelHandlerContext获取ByteBufAllocator实例
ctx.alloc();
//通过channel也可以获取
channel.alloc();
//Netty默认使⽤了PooledByteBufAllocator
//可以在引导类中设置⾮池化模式
serverBootstrap.childOption(ChannelOption.ALLOCATOR,
UnpooledByteBufAllocator.DEFAULT);
//或通过系统参数设置
System.setProperty("io.netty.allocator.type", "pooled");
System.setProperty("io.netty.allocator.type", "unpooled");

5 ByteBuf的释放

ByteBuf如果采⽤的是堆缓冲区模式的话，可以由GC回收，但是如果采⽤的是直接缓冲区，就不受GC的管理，就得⼿动释放，否则会发⽣内存泄露。

关于ByteBuf的释放，分为⼿动释放与⾃动释放。

5.1、⼿动释放

⼿动释放，就是在使⽤完成后，调⽤ReferenceCountUtil.release(byteBuf); 进⾏释放。

通过release⽅法减去 byteBuf 的使⽤计数，Netty 会⾃动回收 byteBuf 。

示例：

/**
 * 获取客户端发来的数据
 *
 * @param ctx
 * @param msg
 * @throws Exception
 */
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws
        Exception {
        ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
        String msgStr = byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("客户端发来数据：" + msgStr);
//释放资源
        ReferenceCountUtil.release(byteBuf);
     }

⼿动释放可以达到⽬的，但是这种⽅式会⽐较繁琐，如果⼀旦忘记释放就可能会造成内存泄露。

5.2 自动释放

⾃动释放有三种⽅式，分别是：⼊站的TailHandler、继承SimpleChannelInboundHandler、HeadHandler的出站释放。

5.2.1 TailHandler

Netty的ChannelPipleline的流⽔线的末端是TailHandler，默认情况下如果每个⼊站处理器Handler都把

消息往下传，TailHandler会释放掉ReferenceCounted类型的消息。

/**
 * 获取客户端发来的数据
 *
 * @param ctx
 * @param msg
 * @throws Exception
 */
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws
        Exception {
        ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
        String msgStr = byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("客户端发来数据：" + msgStr);
//向客户端发送数据
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("ok", CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.fireChannelRead(msg); //将ByteBuf向下传递
     }

在DefaultChannelPipeline中的TailContext内部类会在最后执⾏：

@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        onUnhandledInboundMessage(ctx, msg);
        }
//最后会执⾏
protected void onUnhandledInboundMessage(Object msg) {
        try {
        logger.debug(
        "Discarded inbound message {} that reached at the tail of the
        pipeline. " +
        "Please check your pipeline configuration.", msg);
        } finally {
        ReferenceCountUtil.release(msg); //释放资源
        }
     }

需要注意的是，如果没有进⾏向下传递，那么在TailHandler中是不会进⾏释放操作的。

5.2.2 SimpleChannelInboundHandler

当ChannelHandler继承了SimpleChannelInboundHandler后，在SimpleChannelInboundHandler的

channelRead()⽅法中，将会进⾏资源的释放，我们的业务代码也需要写⼊到channelRead0()中。

//SimpleChannelInboundHandler中的channelRead()
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws
        Exception {
        boolean release = true;
        try {
        if (acceptInboundMessage(msg)) {
@SuppressWarnings("unchecked")
I imsg = (I) msg;
        channelRead0(ctx, imsg);
        } else {
        release = false;
        ctx.fireChannelRead(msg);
        }
        } finally {
        if (autoRelease && release) {
        ReferenceCountUtil.release(msg); //在这⾥释放
        }
       }
    }

使⽤：

package cn.oldlu.myrpc.client.handler;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws
            Exception {
        System.out.println("接收到服务端的消息：" +
                msg.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {// 向服务端发送数据
        String msg = "hello";
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(msg, CharsetUtil.UTF_8));
    }
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

5.2.3 HeadHandler

出站处理流程中，申请分配到的 ByteBuf，通过 HeadHandler 完成⾃动释放。

出站处理⽤到的 Bytebuf 缓冲区，⼀般是要发送的消息，通常由应⽤所申请。在出站流程开始的时候，通过调⽤ ctx.writeAndFlush(msg)，Bytebuf 缓冲区开始进⼊出站处理的 pipeline 流⽔线。

在每⼀个出站Handler中的处理完成后，最后消息会来到出站的最后⼀棒 HeadHandler，再经过⼀轮复杂的调⽤，在flush完成后终将被release掉。

示例：

package cn.oldlu.myrpc.client.handler;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws
            Exception {
        System.out.println("接收到服务端的消息：" +
                msg.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
// 向服务端发送数据
        String msg = "hello";
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(msg, CharsetUtil.UTF_8));
    }
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

执⾏⽅法调⽤链：

5.3 小结

入站处理流程中，如果对原消息不做处理，调⽤ ctx.fireChannelRead(msg) 把原消息往下传，由流⽔线最后⼀棒 TailHandler 完成⾃动释放。

如果截断了⼊站处理流⽔线，则可以继承 SimpleChannelInboundHandler ，完成⼊站ByteBuf ⾃动释放。

出站处理过程中，申请分配到的 ByteBuf，通过 HeadHandler 完成⾃动释放。⼊站处理中，如果将原消息转化为新的消息并调⽤ctx.fireChannelRead(newMsg)往下传，那必须把原消息release掉;

⼊站处理中，如果已经不再调⽤ ctx.fireChannelRead(msg) 传递任何消息，也没有继承SimpleChannelInboundHandler 完成⾃动释放，那更要把原消息release掉;

Netty详解ByteBuf

1 工作原理

2 基本使用

2.1 读取操作

2.2 写入操作

2.4 clear()

3 ByteBuf 使用模式

4 ByteBuf 的分配

5 ByteBuf的释放

5.1、⼿动释放

5.2 自动释放

5.2.1 TailHandler

5.2.2 SimpleChannelInboundHandler

5.2.3 HeadHandler

5.3 小结

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1 工作原理

2 基本使用

2.1 读取操作

2.2 写入操作

2.4 clear()

3 ByteBuf 使用模式

4 ByteBuf 的分配

5 ByteBuf的释放

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5.2.1 TailHandler

5.2.2 SimpleChannelInboundHandler

5.2.3 HeadHandler

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