Netty5源码分析（五） -- ByteBuf缓冲区

Netty的ByteBuf缓冲区实现地比Java本身的ByteBuffer更加灵活，方便。它的类结构也比较复杂，这里只说ByteBuf核心的几个要点。

1. 最重要的是要理解为什么要ByteBuf这个组件。主要还是因为基于select / poll / epoll这种IO多路复用技术的NIO是非阻塞同步IO的模型，由于是同步IO，需要用户线程自己来处理IO的读写，由于是非阻塞的，每次调用read, write读写的字节数是不确定的，所以非阻塞同步IO必须有缓冲区这个组件来保存每次读写的中间状态，通过缓冲区来确定是否读写完成。更多内容请参考http://blog.csdn.net/iter_zc/article/details/39291647

2. ByteBuf不是对ByteBuffer的封装，而是重新实现了一个缓冲区。ByteBuffer只使用了一个position指针来记录当前的读写位置，ByteBuf使用了两个指针readerIndex, writerIndex分别来记录当前的读写位置，使用起来更加简单和方便。

3. ByteBuffer是一个固定长度的缓冲区，当put方法要写的数据大于可写的容量时会抛出异常。ByteBuf改进了这个设计，支持自动扩容。每次put之前会检查是否可以完全写入，如果不能，就会自动扩展ByteBuf的容量，保证put方法不会抛出异常。

public ByteBuf writeInt(int value) {
        ensureWritable(4);
        _setInt(writerIndex, value);
        writerIndex += 4;
        return this;
    }

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

        if (minWritableBytes <= writableBytes()) {
            return this;
        }

        if (minWritableBytes > maxCapacity - writerIndex) {
            throw new IndexOutOfBoundsException(String.format(
                    "writerIndex(%d) + minWritableBytes(%d) exceeds maxCapacity(%d): %s",
                    writerIndex, minWritableBytes, maxCapacity, this));
        }

        // Normalize the current capacity to the power of 2.
        int newCapacity = calculateNewCapacity(writerIndex + minWritableBytes);

        // Adjust to the new capacity.
        capacity(newCapacity);
        return this;
    }

//UnpooledHeapByteBuf的capacity方法来自动扩容
public ByteBuf capacity(int newCapacity) {
        ensureAccessible();
        if (newCapacity < 0 || newCapacity > maxCapacity()) {
            throw new IllegalArgumentException("newCapacity: " + newCapacity);
        }

        int oldCapacity = array.length;
        if (newCapacity > oldCapacity) {
            byte[] newArray = new byte[newCapacity];
            System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, array.length);
            setArray(newArray);
        } else if (newCapacity < oldCapacity) {
            byte[] newArray = new byte[newCapacity];
            int readerIndex = readerIndex();
            if (readerIndex < newCapacity) {
                int writerIndex = writerIndex();
                if (writerIndex > newCapacity) {
                    writerIndex(writerIndex = newCapacity);
                }
                System.arraycopy(array, readerIndex, newArray, readerIndex, writerIndex - readerIndex);
            } else {
                setIndex(newCapacity, newCapacity);
            }
            setArray(newArray);
        }
        return this;
    }

private void setArray(byte[] initialArray) {
        array = initialArray;
        tmpNioBuf = null;
    }

4.　和ByteBuffer一样，ByteBuf也支持堆内缓冲区和堆外直接缓冲区，根据经验来说，底层IO处理线程的缓冲区使用堆外直接缓冲区，减少一次IO复制。业务消息的编解码使用堆内缓冲区，分配效率更高，而且不涉及到内核缓冲区的复制问题。

5. ByteBuf的堆内缓冲区又分为内存池缓冲区PooledByteBuf和普通内存缓冲区UnpooledHeapByteBuf。PooledByteBuf采用二叉树来实现一个内存池，集中管理内存的分配和释放，不用每次使用都新建一个缓冲区对象。UnpooledHeapByteBuf每次都会新建一个缓冲区对象。在高并发的情况下推荐使用PooledByteBuf，可以节约内存的分配。在性能能够保证的情况下，可以使用UnpooledHeapByteBuf，实现比较简单。

具体ByteBuf的API请参考文档。