Netty快速入門（08）ByteBuf元件介紹
前面的內容對netty進行了介紹，寫了一個入門例子。作為一個netty的使用者，我們關注更多的還是業務程式碼。也就是netty中這兩種元件：
ChannelHandler和ChannelPipeline---對應於NIO中的客戶邏輯實現handleRead/handleWrite(interceptor pattern）
ByteBuf---- 對應於NIO 中的ByteBuffer
我們的業務邏輯要放在handler裡面，讀寫資料用的是ByteBuf。其餘的Transport、ServerBootstrap、Channel和EventLoop等等都是套路程式碼，對於應用程式來說，瞭解即可，基本上不用管。真正開發過netty專案也知道，專案中大部分都是handler類，其它元件只是佔很少一部分。
Transport元件
netty做的比較有適應性的就是，不僅支援NIO，還支援很多傳輸協議：
OIO -阻塞IO（真正開發阻塞IO專案，其實也沒必要用netty了。。。）
NIO -Java NIO
Epoll - Linux Epoll(JNI)
Local Transport - IntraVM呼叫（通訊的雙方在同一個虛擬機器之內不再走socket）
Embedded Transport - 供測試使用的嵌入傳輸
UDS- Unix套接字的本地傳輸（客戶端和服務端都在同一個伺服器上就可以使用，效率高）
使用不同個傳輸協議，只需要在通道里面設定不同的型別即可：
netty中的channel型別如下：
所以netty設定和改變傳輸協議都是一件很簡單的事情。
EventLoopGroup和EventLoop元件
每個EventLoopGroup由多個EventLoop組成，並且多個EventLoop之間沒有互動，各做各的事。
每個EventLoop對應一個執行緒（頂層繼承Executor執行緒池，但是隻有一個執行緒）
所有連線(channel)都將註冊到一個EventLoop，並且只註冊到一個，整個生命週期中都不會變化
每個EventLoop管理著多個連線(channel)
連線(Channel)上的讀寫事件是由EventLoop來處理的
服務端建立ServerBootstrap元件的時候，需要配置兩個EventLoopGroup，parentGroup（也就是boss）負責處理Accept事件，接收請求，childGroup（也就是worker）負責處理讀寫事件。客戶端的Bootstrap元件只需要一個EventLoopGroup即可。
ByteBuf元件
前面討論NIO的時候，專門介紹過NIO的Buffer，相對於NIO，netty的ByteBuf更加易於使用：
為讀/寫分別維護單獨的指標，不需要通過flip()進行讀/寫模式切換
容量自動伸縮（類似於ArrayList，StringBuilder）
Fluent API (鏈式呼叫）（ServerBootstrap 元件的配置方式就是鏈式呼叫）
除了使用上之外，netty的ByteBuf還擁有更好的效能：
通過內建的CompositeBuffer來減少資料拷貝（Zero copy）
支援記憶體池，減少GC壓力
ByteBuf元件的操作
ByteBuf通過兩個索引（reader index、writer index）劃分為三個區域：
reader index前面的資料是已經讀過的資料，這些資料可以丟棄
從reader index開始，到writer index之前的資料是可讀資料
從writer index開始，為可寫區域
來看下ByteBuf的主要操作，第一種就是順序的讀寫（改變reader/writer index）：
writeByte() - 寫一個位元組
writeLong() - 寫八個位元組
writeXXX() - 所有write方法會讓write index 往前走
readByte() - 讀一個位元組
readLong() - 讀八個位元組
readXXX() - 所有read方法會讓read index往前走
第二種就是隨機讀寫（不改變read/write index）：
getXXX(index)
setXXX(index, byte)
前面NIO中的Buffer操作用，有mark和reset方法，用來標記操作的狀態，恢復狀態，netty中也有類似的方法：
markReaderIndex()
markWriterIndex()
resetReaderIndex()
resetWriterIndex()
writerIndex(index) - 把write index 放置到引數中的index上面
readerIndex(index) - 把reader index放置到引數中的index上面
reader index前面的部分是已經讀過的是不是浪費掉了？netty提供了discardReadBytes方法，把reader index前面的內容丟棄掉，就是把reader index後面的資料往前拷貝，這樣空間就可以再利用了。這個方法和前面NIO中的compact方法類似。還有一個方法就是clear方法，把所有資料都清零，讀索引和寫索引歸零：
netty的ByteBuf中還提供了查詢方法：
indexOf
bytesBefore
forEachByte（ByteBufProcessor）
查詢方法有很多應用，比如在資訊中有某個字元的存在，就需要做一些操作，比如每碰到一個換行，就傳送一條資訊，這種功能在聊天中用的很多。
netty中還有一種衍生緩衝區，就是Derived Buffers，可以理解為類似資料庫的檢視，是從ByteBuf中衍生出來的，衍生緩衝區與ByteBuf共享底層的儲存空間，但是它們兩個各自具有各自的index和mark，衍生緩衝區（Derived Buffers）主要的方法：
duplicate()
slice()
slice(start, stop)
nmodifiableBuffer(...),
衍生緩衝區（Derived Buffers）是一種淺拷貝，如果要進行深拷貝怎麼用？使用copy或者 copy(int, int) 方法，會返回有獨立資料副本的ByteBuf。
ByteBuf元件的型別
根據記憶體的位置，ByteBuf的型別可以分為HeapByteBuf和DirectByteBuf，這和NIO中的Buffer是一樣的，HeapByteBuf位置在堆上，底層基於陣列-內部為一個位元組陣列(byte array)，呼叫hasArray()方法會返回True，呼叫array()方法返回其內部的陣列，可以對陣列進行直接操作。DirectByteBuf的位置在堆外記憶體，可以減少拷貝，具有更好的效能，但是建立和釋放的開銷更大。Java寫網路程式經常分成兩個部分，第一個是IO部分，讀資料解碼等，這些部分用DirectByteBuf效率比較高，因為這部分涉及到向網路傳送資料需要拷貝。如果是其它業務相關的部分，可以使用HeapByteBuf。
根據是否使用記憶體池，ByteBuf的型別可以分為Pooled和Unpooled兩種ByteBuf，Unpooled就是不用池，每次都去建立，Pooled型別就是會申請一塊記憶體池，每次分配都從池中分配，每次釋放都放回池中。這種主要是針對DirectByteBuf建立和釋放開銷大來制定的策略，提供一個記憶體池可以提高效率，減少記憶體碎片，減少GC壓力，這種在NIO的Buffer中是沒有的。
根據是否使用Unsafe操作，ByteBuf的型別可以分為Safe和Unsafe兩種，我們知道JDK中有個Unsafe類，很多JDK中併發操作的原始碼中都用到了這個Unsafe類。直接new可以建立一個safe的ByteBuf，如果建立Unsafe型別可以直接用Unsafe類操作，效率上有一點點提升，不過這些都是底層操作大家瞭解即可，而且也不是所有平臺都支援Unsafe操作。
ByteBuf還有一種複合緩衝區（CompositeByteBuf），它是由多個ByteBuf組合成的檢視，是一個ByteBuf列表，可動態的新增和刪除其中的ByteBuf。在其中可能既包含堆緩衝區，也包含直接緩衝區。
netty把這種結構也解釋為一種零拷貝，雖然不是嚴格意義上的零拷貝，但是確實可以提高效率。
來看另外一個介面ByteBufHolder，裡面包含了一個ByteBuf，除此之外，還另外儲存一些元資料的屬性值。當要拿到裡面包含的ByteBuf的時候，就可以拿到這些資料。
比如定義一個數據包的時候，就可以實現這個介面，真正的內容放在ByteBuf裡面。
ByteBuf元件的建立
建立的時候，並不需要執行new操作，而是通過ByteBufAllocator分配器來建立，分配器有兩個實現，分別是UnpooledByteBufAllocator和PooledByteBufAllocator，從名字可以看出，分配方式就是是否使用記憶體池的區別。
主要的方法如下：
為了簡化非池化建立，netty提供了 Unpooled 的工具類，它提供了靜態的輔助方法來建立未池化的ByteBuf例項，內部也包含了UnpooledByteBufAllocator的使用，我們建立非池化的ByteBuf直接用工具類即可，主要方法如下：
我們前面介紹netty入門例子的時候，服務端的讀取操作完畢的方法中也用到了這個工具類建立一個空ByteBuf：
而且在客戶端也用到了，
Unpooled.copiedBuffer方法就是說建立一個ByteBuf，然後把建立的字串拷貝到ByteBuf中去。
ByteBuf元件隨機讀寫的示例程式
上面介紹了很多特性和操作，下面看一個示例程式，隨機讀寫，不改變讀寫指標的例子：
上面的每行程式碼都有註釋，我們看一下結果：
確實指標沒有改變。這裡我們注意獲取讀寫指標用的方法，和隨機讀寫操作用的方法，以及如何建立的ByteBuf。
ByteBuf元件順序讀寫的示例程式
我們再來看一個順序讀寫的例子：
來看列印結果：
這裡除了建立ByteBuf的方式要注意，還要注意順序讀寫的方法。
ByteBuf元件順序讀寫Int資料的示例程式
來看一個順序讀寫int型別資料的示例：
總長度為20寫入int資料只能寫5個，我們看列印讀取的內容：
除了int資料，其它型別大家也可以試試。
ByteBuf元件獲取對應字元位置的示例程式
ByteProcessor類中定義了很多特殊字元，有興趣可以看看。來看一下列印效果：
ByteBuf元件slice操作的示例程式
我們看一下列印結果：
注意slice方法兩個引數的意義和如何把ByteBuf轉換為字串。
ByteBuf元件copy深拷貝的示例程式
注意copy方法的用法，來看列印結果：
ByteBuf元件複合緩衝區的示例程式
注意複合緩衝區的建立和操作，來看列印結果：
ByteBuf元件堆上建立和操作的示例程式
來看一下迴圈列印的程式碼：
連看一下結果：
ByteBuf元件堆外建立和操作的示例程式
邏輯上和堆上的方法一樣，來看一下列印結果：
程式碼地址：https://gitee.com/blueses/netty-demo 06
本文由部落格一文多發平臺 OpenWrite 釋出！