[netty核心类]–缓冲区ByteBuf
本文主要包括以下内容：
1）ByteBuf的三种类型：heapBuffer(堆缓冲区)、directBuffer(直接缓冲区)以及Composite Buffer(复合缓冲区)。
2）ByteBuf的工作原理。
3）ByteBuf与JDK中ByteBuffer的区别以及对比
4）ByteBuf的引用计数器实现类AbstractReferenceCountedByteBuf分析。
5）UnpooledHeapByteBuf 基于堆内存缓冲器的源码分析
6）PooledDirectByteBuf 源码分析
- netty中ByteBuf的优势
缓冲区是不同的通道之间传递数据的中介，JDK中的ByteBuffer操作复杂，而且没有经过优化，所以在netty中实现了一个更加强大的缓冲区 ByteBuf 用于表示字节序列。ByteBuf在netty中是通过Channel传输数据的，新的设计解决了JDK中ByteBuffer中的一些问题。
netty中ByteBuf的缓冲区的优势：
（1）可以自定义缓冲区的类型；
（2）通过内置的复合缓冲类型实现零拷贝；
（3）不需要调用flip()函数切换读/写模式
（4）读取和写入的索引分开了，不像JDK中使用一个索引
（5）引用计数（referenceCounting的实现原理？）
（6） Pooling池
2.netty中的ByteBuf的类型：
JDK中的Buffer的类型 有heapBuffer和directBuffer两种类型，但是在netty中除了heap和direct类型外，还有composite Buffer(复合缓冲区类型)。
(1)Heap Buffer 堆缓冲区
这是最常用的类型，ByteBuf将数据存储在JVM的堆空间，通过将数据存储在数组中实现的。
1）堆缓冲的优点是：由于数据存储在JVM的堆中可以快速创建和快速释放，并且提供了数组的直接快速访问的方法。
2）堆缓冲缺点是：每次读写数据都要先将数据拷贝到直接缓冲区再进行传递。
(2)Direct Buffer 直接缓冲区
Direct Buffer在堆之外直接分配内存，直接缓冲区不会占用堆的容量。
（1）Direct Buffer的优点是：在使用Socket传递数据时性能很好，由于数据直接在内存中，不存在从JVM拷贝数据到直接缓冲区的过程，性能好。
（2）缺点是：因为Direct Buffer是直接在内存中，所以分配内存空间和释放内存比堆缓冲区更复杂和慢。
虽然netty的Direct Buffer有这个缺点，但是netty通过内存池来解决这个问题。直接缓冲池不支持数组访问数据，但可以通过间接的方式访问数据数组：
ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer(16);
if(!directBuf.hasArray()){
int len = directBuf.readableBytes();
byte[] arr = new byte[len];
directBuf.getBytes(0, arr);
}
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但是上面的操作太过复杂，所以在使用时，建议一般是用heap buffer。
不过对于一些IO通信线程中读写缓冲时建议使用DirectByteBuffer，因为这涉及到大量的IO数据读写。对于后端的业务消息的编解码模块使用HeapByteBuffer。
(3)Composite Buffer 复合缓冲区
这个是netty特有的缓冲类型。复合缓冲区就类似于一个ByteBuf的组合视图，在这个视图里面我们可以创建不同的ByteBuf(可以是不同类型的)。 这样，复合缓冲区就类似于一个列表，我们可以动态的往里面添加和删除其中的ByteBuf，JDK里面的ByteBuffer就没有这样的功能。
Netty提供了Composite ByteBuf来处理复合缓冲区。例如：一条消息由Header和Body组成，将header和body组装成一条消息发送出去。下图显示了Composite ByteBuf组成header和body：
这里写图片描述
如果使用的是JDK的ByteBuffer就不能简单的实现，只能通过创建数组或则新的ByteBuffer，再将里面的内容复制到新的ByteBuffer中，下面给出了一个CompositeByteBuf的使用示例：
//组合缓冲区
CompositeByteBuf compBuf = Unpooled.compositeBuffer();
//堆缓冲区
ByteBuf heapBuf = Unpooled.buffer(8);
//直接缓冲区
ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer(16);
//添加ByteBuf到CompositeByteBuf
compBuf.addComponents(heapBuf, directBuf);
//删除第一个ByteBuf
compBuf.removeComponent(0);
Iterator iter = compBuf.iterator();
while(iter.hasNext()){
System.out.println(iter.next().toString());
}
//使用数组访问数据
if(!compBuf.hasArray()){
int len = compBuf.readableBytes();
byte[] arr = new byte[len];
compBuf.getBytes(0, arr);
}
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3.ByteBuf是如何工作的：
ByteBuf是一个抽象类，内部全部是抽象的函数接口，AbstractByteBuf这个抽象类基本实现了ByteBuf，下面我们通过分析AbstractByteBuf里面的实现来分析ByteBuf的工作原理。
ByteBuf都是基于字节序列的，类似于一个字节数组。在AbstractByteBuf里面定义了下面5个变量：
//源码
int readerIndex; //读索引
int writerIndex; //写索引
private int markedReaderIndex;//标记读索引
private int markedWriterIndex;//标记写索引
private int maxCapacity;//缓冲区的最大容量
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ByteBuf 与JDK中的 ByteBuffer 的最大区别之一就是：
（1）netty的ByteBuf采用了读/写索引分离，一个初始化的ByteBuf的readerIndex和writerIndex都处于0位置。
（2）当读索引和写索引处于同一位置时，如果我们继续读取，就会抛出异常IndexOutOfBoundsException。
（3）对于ByteBuf的任何读写操作都会分别单独的维护读索引和写索引。maxCapacity最大容量默认的限制就是Integer.MAX_VALUE。
1.随机访问索引
ByteBuf提供读/写索引，从0开始的索引，第一个字节索引是0，最后一个字节的索引是capacity-1，下面给出一个示例遍历ByteBuf的字节：
public static void main(String[] args) {
//创建一个16字节的buffer,这里默认是创建heap buffer
ByteBuf buf = Unpooled.buffer(16);
//写数据到buffer
for(int i=0; i<16; i++){
buf.writeByte(i+1);
}
//读数据
for(int i=0; i