Netty的bytebuf详解

news2024/12/23 9:49:18

ByteBuf
ByteBuf是对nio中ByteBuffer的增强。主要的增强点就是ByteBuf它可以动态调整容量大小，当要存储的数据超过了当前容量的上限就会进行扩容，扩容的上限是多少？扩容机制是什么？请跟着本文往下看。对了，还有一个增强就是byteBuf不用和ByteBuffer一样进行读写模式的切换，ByteBuffer中读与写是共用一个指针，而ByteBuf既有读指针，也有写指针。

创建
ByteBufAllocator类中有一个默认实现，我们可以使用这个默认实现来创建一个Bytebuf

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.ByteBufAllocator;

public class ByteBufCreateTest {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
    }
}

这里可以指定ByteBuf的容量，可以传一个int，如果不指定的话默认是256。

这里比nio好的一个地方就是，netty的Bytebuf容量的可以动态扩容的，而nio的ByteBuffer指定了就不能动了。

然后往ByteBuf中添加数据，验证是否会扩容

public static void main(String[] args) {
    // 创建一个Bytebuf，默认创建的容量是256
    ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
    System.out.println("添加数据前：" + buffer);
    // 往Bytebuf中写数据
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    // 故意超过初始容量，验证是否会自动扩容
    for (int i = 0; i < 300; i++) {
        stringBuilder.append("a");
    }
    // 将数据写入ByteBuf
    buffer.writeBytes(stringBuilder.toString().getBytes());
    System.out.println("添加数据后：" + buffer);
}

输出结果为：PooledUnsafeDirectByteBuf(读指针写指针容量)

添加数据前：PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 0, cap: 256)

添加数据后：PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 300, cap: 512)

上面的方式只是平时可以这样创建Bytebuf，我们一般情况下都是在Handler中创建ByteBuf，建议使用下面的方式创建ByteBuf
在这里插入图片描述

内存分配与池化
ByteBuf支持堆内存，也支持直接内存。

分配堆内存 ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer();

分配直接内存 ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer();

堆内存的分配效率高，但是读写效率低。直接内存读写效率高。nettty默认采用的是直接内存，也就是上面创建ByteBuf时直接使用的

ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(); 获取的是直接内存。

netty中的ByteBuf支持一种池化的管理，netty默认情况下获取的ByteBuf都是从池中获取的，如果不想要从池中获取需要在idea启动配置的地方加一个-Dio.netty.allocator.type=upooled参数

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ByteBuf组成

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刚开始，读写两个指针都在0的位置。

ByteBuf有读指针和写指针，不像nio中的ByteBuffer公用一个指针然后还要进行读写模式切换。

Bytebuf如果容量不够了可以动态扩容，但最大容量不能超过int的最大值。

上图中的四块区域分为：废弃区、可读区、可写区、可扩容区

四个属性为：读指针，写指针，容量，最大容量

扩容规则
如果写入的数据没有超过512，则选择的是下一个16的整数倍，例如现在容量是12，进行一次扩容会变为16，如果又不够了就会变为32

而如果写入后的数据大小超过了512，则选择下一个2n。例如写入后的大小为513，库容后的大小就变为210=1024,因为2^9=512不够

但是扩容不能超过max capacity，否则会报错

写入

写入的常用方法如下：

以下的方法会改变写指针位置，还有一类以set开头的方法，也可以写数据，但是不会改变写指针的位置

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读取
buffer.readByte() 每次读取一个字节

buffer.readInt() 每次读取一个整数，也就是四个字节

buffer.markReaderIndex() 为读指针做一个标记，配合下面的方法可以实现重复读取某个数

buffer.resetReaderIndex() 将读指针跳到上一个标记过的地方实现重复读取某个数。

除了上面一些了read开头的方法以外，还有一系列get开头的方法也可以读取数据，只不过get开头的方法不会改变读指针位置。相当于是按索引去获取。

内存回收
ByteBuf有几种实现方式，针对这几种ByteBuf实现的机制也不同

UnpooleHeapByteBuf 使用的是jvm内存，只需要等待GC回收内存即可
UnPooleDirectByteBuf 使用的是直接内存，需要特殊的方法来回收内存
PooledByteBuf 和它的子类使用了池化机制，需要复杂的规则来回收内存

不同的ByteBuf的实现，内存回收也不一样，还好netty提供了统一的接口ReferenceCounted接口，该接口提供了通用的方法来进行上面几种ByteBuf的内存回收，该接口的工作方式是采用引用计数的规则

每个ByteBuf 对象的初始计数为1
调用release() 方法计数减1，如果计数为0则ByteBuf的内存会被回收
调用retain()方法计数加1，表示调用者没用完之前，其它handler即使调用了release()也不会造成回收
当计数为0时，底层内存会被回收，这时即使ByteBuf对象还在，其各个方法均无法正常使用

谁应该来调用release()方法嘞？

应该由最后一个使用ByteBuf的入站Handler来调用release()方法，因为可能出现前面一个handler释放掉了ByteBuf，下一个handler就使用不了了。
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如果入站Handler使用的ByteBuf最后传递给了tail，tail会自动释放掉ByteBuf，但是有可能前面的handler处理了数据，然后传递给下一个handler的不是ByteBuf而是处理后的数据，这样最后的tail由于接受的参数不是ByteBuf，所以也没办法释放。出站Handler最后传递给head也会自动自动释放ByteBuf。
头尾handler释放ByteBuf的源码分析
在TailContext类中的channelRead()，然后再跟进方法，多点几层，然后会找到如下所示的方法。
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零拷贝
应用的场景是我要分别处理一个大的ByteBuf中的几段数据，也就是将这一个ByteBuf拆分为几个小的ByteBuf。当然可以直接创建介个小的ByteBuf，然后进行赋值，但是这样有数据拷贝，有效率问题。而零拷贝就是直接将一个大的ByteBuf拆分为几个小的，这里只是逻辑上的拆分，他们共用同一块内存区域。各个小的ByteBuf有自己的读写指针。
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