Netty ByteBuf源码分析

Netty的ByteBuf是JDK中ByteBuffer的升级版，提供了NIO buffer和byte数组的抽象视图。

ByteBuf的主要类集成关系：

(图片来自Netty权威指南，图中有一个画错的地方是PooledByteBuf中的最后一个子类应该是PooledUnsafeDirectByteBuf)

从继承关系可以看出AbstractReferenceCountedByteBuf的子类分为两类：Pooled和Unpooled的ByteBuf。

Pooled ByteBuf是基于对象池的ByteBuf（会被缓存），Unpooled则是普通的ByteBuf对象。

无论是否基于内存池的ByteBuf，它的子类有分为DirectByteBuf和HeapByteBuf分别表示在堆外内存分配的缓冲区和在堆内存的缓冲区。

堆内存缓冲区的特点是分配和回收速度快，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。

堆外内存的缓冲区相对于堆内存的缓冲区，分配和回收的速度会慢一些，但是将它写入或从Socket Channel读取数据是，会少一次内存复制，速度比堆内存更快一些。

BufferBuf也提供了一类API来将自己转化成为ByteBuffer以便于在需要ByteBuffer的地方进行操作。

AbstractByteBuf

AbstractByteBuf定义了ByteBuf的基础属性和一些公用的方法。

主要成员变量有：

readerIndex

writerIndex

markedReaderIndex

markedWriterIndex

maxCapacity

可以看到ByteBuf中分别定义了读写游标，也就是说读游标和写游标是分离的，这相对于ByteBuffer只使用一个position，在读写操作时会便利很多。

一块缓冲区会被两个游标分隔为三块区域，分别是已经读取过的、可读的、剩余可写的。

在写入数据后可以直接开始读取，不需要flip操作。

另外AbstractByteBuf中的方法分为三类：

读取数据、写入数据、操作游标

读取操作分为readXXX和getXXX，以读取Long为例，

readLong()方法在当前readerIndex位置读取8个Byte并增加readerindex的值；

getLong(int index)则需要接收一个index参数，从index位置开始读取8个Byte，get操作不会改变readerIndex的值。

写入操作也有两类，分别是setXXX和writeXXX，

writeLong(long value)方法在当前writerIndex位置开始写入一个Long值并增加writerIndex的值；

setLong(int index, long value)方法则接收一个index参数作为写入的位置，写入操作不修改writerIndex的值。

索引操作就是通过setReaderIndex之类的方法改变readerIndex的值来重新读取数据，非常简单，不做说明。

AbstractReferenceCountedByteBuf

从类名上看，AbstractReferenceCountedByteBuf主要是实现了对引用的计数，类似于JVM内存回收的对象引用计数器，用于跟踪对象的分配和销毁。

只有一个成员变量：refCnt，看命名也知道是用于计数的，并且用AtomicIntegerFieldUpdater来实现线程安全的计数。 

retain API用于增加引用的计数。

release则用于减少计数值。

定义deallocate方法让子类去实现当引用计数为0时的操作（由子类实现具体的“回收”操作）。

UnpooledHeapByteBuffer

UnpooledHeapByteBuffer是不适用对象池，且直接在堆内存上分配的缓冲区。 

ByteBufAllocator alloc：创建了这个缓冲区的分配器

byte[] array：底层存储

ByteBuffer tmpNioBuf：Nio  ByteBuffer对象，用于将自身转换成一个ByteBuffer对象

构造方法非常简单：

记录分配器alloc；

初始化数组；

将读写位置调整为0；

这个构造方法则是传入byte数组做初始化，writerIndex调整到数组后的第一个位置。

两个构造方法都有maxCapacity参数，且初始容量要么是initialCapacity要么是initalArray的长度，说明缓冲区的大小是可以调整的，最大不超过maxCapacity。

通过capacity来调整缓冲区的大小。如果newCapacity小于当前array的length，那么会有部分数据被丢弃。如果newCapacity超过array的length，那么新扩容的位置数据未空。

UnpooledDirectByteBuf

ByteBufAllocator alloc：使用的分配器

ByteBuffer buffer：内部用于存储数据的结构

ByteBuffer tmpNioBuf：临时的ByteBuffer，在将自己转换成ByteBuffer对象时会使用

int capacity：容量

doNotFree：标志ByteBuffer是否可以回收

区别于UnpooledHeapByteBuf，UnpooledDirectByteBuf的扩容操作不在是申请数组进行数据拷贝，而是申请新的ByteBuffer之后进行收拷贝，而ByteBuffer一定是Direct的。

deallocate实现了底层存储ByteBuffer的回收操作，即在引用计数为0时将DirectByteBuffer回收掉（DirectByteBuffer的内存是由自己回收的，而不是JVM）。

UnpooledUnsafeDirectByteBuf

UnpooledUnsafeDirectByteBuf和UnpooledUnsafeDirectByteBuf的区别在于UnpooledUnsafeDirectByteBuf直接使用ByteBuffer来操作数据，而UnpooledUnsafeDirectByteBuf采用Unsafe来操作数据。

UnpooledUnsafeDirectByteBuf的_getLong实现：

UnpooledUnsafeDirectByteBuf的_getLong实现：

AbstractReferenceCountedByteBuf子类的另一个分支是PooledByteBuf，即使用对象池，会被缓存的ByteBuffer。

PooledByteBuf有三个子类：

PooledHeapByteBuf

PooledDirectByteBuf

PooledUnsafeDirectByteBuf

他们分别和Unpooled的几个子类对应。

对于Pooled的实现，详见Netty对象池实现分析。

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