一、背景簡介

ByteBuf，顧名思義，就是字節(jié)緩沖區(qū)，是Netty中非常重要的一個組件。熟悉jdk NIO的同學(xué)應(yīng)該知道ByteBuffer，正是因?yàn)閖dk原生ByteBuffer使用比較復(fù)雜，某些場景下性能不是太好，netty開發(fā)團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了ByteBuf用以替代原生ByteBuffer。

二、ByteBuf和ByteBuffer對比

下面用圖示來展示ByteBuf和ByteBuffer工作原理：

ByteBuffer

ByteBuffer依靠flip()來切換模式，在讀模式下調(diào)用flip()切換為寫模式，在寫模式下limit和capacity相等，position標(biāo)識當(dāng)前寫的位置。在寫模式下調(diào)用flip()切換為讀模式，在讀模式下position回到起始位置開始讀，limit回到position位置表示能讀到多少數(shù)據(jù)，capacity不變表示緩存區(qū)容量大小。

capacity：在讀/寫模式下都是固定的，就是緩沖區(qū)容量大小。

position：讀/寫位置指針，表示當(dāng)前讀(寫)到什么位置。

limit：在寫模式下表示最多能寫入多少數(shù)據(jù)，此時和capacity相同。在讀模式下表示最多能讀多少數(shù)據(jù)，此時它的值等于緩存區(qū)中實(shí)際數(shù)據(jù)量的大小。

ByteBuf

ByteBuf主要是通過readerIndex和writerIndex兩個指針進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫，整個ByteBuf被這兩個指針最多分成三個部分，分別是可丟棄部分，可讀部分和可寫部分

剛初始化的時候，整個緩沖區(qū)還沒有數(shù)據(jù)，讀寫指針都指向0，所有的內(nèi)容都是可寫部分，此時還沒有可讀部分和可丟棄部分，如下：

當(dāng)寫完N個字節(jié)數(shù)據(jù)后，讀指針仍然是0，因?yàn)檫€沒有開始進(jìn)行讀事件，寫指針向后移動了N個字節(jié)的位置，如下：

當(dāng)開始讀數(shù)據(jù)并且讀取M個字節(jié)數(shù)據(jù)之后(M<N)寫指針位置不變，讀指針后移動了M個字節(jié)的位置，如下：

當(dāng)可丟棄部分?jǐn)?shù)據(jù)被清空之后，readerindex重新回到起始位置，writerindex的位置為writerindex的值減去之前的readerindex，也就是M，相關(guān)圖示如下：

調(diào)用clear之后，writerindex和readerinde全部復(fù)位為0。它不會清除緩沖區(qū)內(nèi)容（例如，用填充0），而只是清除兩個指針。

更改的讀寫指針的值，每個位置上原本的字節(jié)內(nèi)容并沒有發(fā)生改變，只是變成了可寫狀態(tài)而已。

另請注意，此操作的語義不同于Buffer.clear()。

三、源碼

明白了ByteBuf工作原理之后，ByteBuf相關(guān)的api就很好理解了，在此附上netty官方api文檔，以供參閱

我們在這里看下netty擴(kuò)容相關(guān)源碼邏輯。

擴(kuò)容肯定是在寫入數(shù)據(jù)的時候會由相關(guān)邏輯判斷，我們隨便進(jìn)入一個寫入字節(jié)的api方法。

public abstract ByteBuf writeBytes(byte[] src);

進(jìn)入到其抽象子類AbstractByteBuf中。

    @Override
    public ByteBuf writeBytes(byte[] src) {
        writeBytes(src, 0, src.length);
        return this;
    }
    @Override
    public ByteBuf writeBytes(byte[] src, int srcIndex, int length) {
        ensureAccessible();
        ensureWritable(length);
        setBytes(writerIndex, src, srcIndex, length);
        writerIndex += length;
        return this;
    }

首先ensureAccessible進(jìn)行安全校驗(yàn)，每種嘗試訪問緩沖區(qū)內(nèi)容的方法都應(yīng)調(diào)用此方法，以檢查緩沖區(qū)是否已釋放。然后ensureWritable判斷是否可寫，擴(kuò)容相關(guān)邏輯就在這里進(jìn)行判斷，如果緩沖區(qū)可寫執(zhí)行setBytes進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，然后writerindex向后移動length的位置，最后將ByteBuf對象進(jìn)行返回。我們重點(diǎn)看ensureWritable。

    @Override
    public ByteBuf ensureWritable(int minWritableBytes) {
        if (minWritableBytes < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format(
                    "minWritableBytes: %d (expected: >= 0)", minWritableBytes));
        }
        ensureWritable0(minWritableBytes);
        return this;
    }

直接進(jìn)入ensureWritable0(minWritableBytes)方法中，此時minWritableBytes就是我們計(jì)劃需要申請的內(nèi)存大小空間。

        private void ensureWritable0(int minWritableBytes) {
         // 安全檢查，保證寫入之前是可訪問的
         //ensureAccessible();
?
         // 可寫，不必?cái)U(kuò)容
        if (minWritableBytes <= writableBytes()) {
            return;
        }
?
        //下標(biāo)越界
        if (minWritableBytes > maxCapacity - writerIndex) {
            throw new IndexOutOfBoundsException(String.format(
                    "writerIndex(%d) + minWritableBytes(%d) exceeds maxCapacity(%d): %s",
                    writerIndex, minWritableBytes, maxCapacity, this));
        }
?
        //達(dá)到臨界條件，開始執(zhí)行擴(kuò)容邏輯
        // 計(jì)算新的容量，實(shí)際上為當(dāng)前容量擴(kuò)容至2的冪次方大小(具體是多少需要進(jìn)行后續(xù)判斷和計(jì)算)
        int newCapacity = alloc().calculateNewCapacity(writerIndex + minWritableBytes, maxCapacity);
        // 擴(kuò)容后的容量
        capacity(newCapacity);
    }

可以看到真正開辟內(nèi)存空間新容量邏輯處理的是 alloc().calculateNewCapacity(writerIndex + minWritableBytes, maxCapacity)執(zhí)行的，進(jìn)入到方法里面。

來到其實(shí)現(xiàn)類AbstractByteBufAllocator的calculateNewCapacity方法。

     @Override  
    public int calculateNewCapacity(int minNewCapacity, int maxCapacity) {
        if (minNewCapacity < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("minNewCapacity: " + minNewCapacity + " (expectd: 0+)");
        }
        if (minNewCapacity > maxCapacity) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format(
                    "minNewCapacity: %d (expected: not greater than maxCapacity(%d)",
                    minNewCapacity, maxCapacity));
        }
        // 擴(kuò)容的閾值，4兆字節(jié)大小
        final int threshold = 1048576 * 4;
        if (minNewCapacity == threshold) {
            return threshold;
        }
       //如果計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小大于閾值，則需要和最大容量j進(jìn)行比較
        if (minNewCapacity > threshold) {
            int newCapacity = minNewCapacity / threshold * threshold;
            if (newCapacity + threshold > maxCapacity) {
                newCapacity = maxCapacity;
            } else {
                newCapacity += threshold;
            }
            return newCapacity;
        }
?
        //如果計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小小于閾值，則以64為基數(shù)進(jìn)行倍增
        int newCapacity = 64;
        while (newCapacity < minNewCapacity) {
            newCapacity <<= 1;
        }
        return Math.min(newCapacity, maxCapacity);
    }

minNewCapacity是我們計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小，maxCapacity是最大緩沖區(qū)容量大小。首先判斷minNewCapacity 是否小于零或者minNewCapacity 是否大于maxCapacity，滿足任一都拋出異常信息，然后判斷我們計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小minNewCapacity 是否等于了閾值4M：

①、如果等于了閾值，新容量大小就是閾值4M。

②、如果計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小大于閾值，則maxCapacity和minNewCapacity 相對于閾值的整數(shù)倍再加上一個閾值進(jìn)行大小判斷，如果大于maxCapacity，則新容量最大就是maxCapacity，返回maxCapacity，如果小于maxCapacity，則相當(dāng)于按照閾值的2倍進(jìn)行擴(kuò)容。

③、如果計(jì)劃一共需要的內(nèi)存容量大小小于閾值，則以64為基數(shù)只要小于我們計(jì)劃需要的內(nèi)存容量大小，就2倍擴(kuò)容，最后選取循環(huán)后的擴(kuò)容值和最大值兩個值其中的較小者。

至此擴(kuò)容就完成了，總結(jié)來說就是在擴(kuò)容過程中有一個擴(kuò)容需要容量的一個閾值4M，如果我們需要的內(nèi)存空間等于這個閾值，那么擴(kuò)容后的容量就是閾值大小，如果我們需要的內(nèi)存容量大小大于閾值或者小于閾值，其擴(kuò)容邏輯判斷和擴(kuò)容后返回的容量大小是不同的。但是最終擴(kuò)容后的容量大小總是2的冪次方大小并且不會比maxCapacity大。

四、ByteBuf主要的繼承關(guān)系

從內(nèi)存分配的角度看，ByteBuf可以分為兩類

（1）堆內(nèi)存（HeapByteBuf）字節(jié)緩沖區(qū)：特點(diǎn)是內(nèi)存的分配和回收速度快，可以被JVM自動收回；缺點(diǎn)就是如果進(jìn)行Socket的I/O讀寫，需要額外做一次內(nèi)存復(fù)制，將堆內(nèi)存對應(yīng)的緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核Chanenel中，性能會有一定程度的下降。

（2）直接內(nèi)存（DirectByteBuf） 字節(jié)緩沖區(qū)：非堆內(nèi)存，它在堆外進(jìn)行內(nèi)存分配，相比于堆內(nèi)存，它的分配和回收速度會慢一些，但是將它寫入或者從Socket Channel中讀取時，由于少了一次內(nèi)存復(fù)制，速度比堆內(nèi)存快。

正式因?yàn)楦饔欣祝訬etty提供了多種ByteBuf供開發(fā)者使用，經(jīng)驗(yàn)表明，ByteBuf的最佳實(shí)踐是在I/O通信線程的讀寫緩沖區(qū)使用DirectByteBuf，后端業(yè)務(wù)消息的編解碼模塊使用HeapByteBuf，這樣組合可以達(dá)到性能最優(yōu)。

從內(nèi)存回收角度看，ByteBuf也可以分為兩類：基于對象池的ByteBuf和普通ByteBuf。兩者的主要區(qū)別就是基于對象池的ByteBuf可以重用ByteBuf對象，它自己維護(hù)了一個內(nèi)存池，可以循環(huán)利用創(chuàng)建的ByteBuf，提升內(nèi)存的使用效率，降低由于高負(fù)載導(dǎo)致的頻繁GC。測試表名使用內(nèi)存池后的Netty在高負(fù)載、大并發(fā)的沖擊下內(nèi)存和GC更加平穩(wěn)。

到此這篇關(guān)于netty中的ByteBuf源碼詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)netty中的ByteBuf內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！