深刻研究Netty框架之ByteBuf家族

ByteBuf類繼承關係圖以下：

ReferenceCounted：對象引用計數器，初始化ReferenceCounted對象時，引用數量refCnt爲1，調用retain()可增長refCnt，release()用於減小refCnt。refCnt爲1時，說明對象實際不可達，release()方法將當即調用deallocate()釋放對象。若是refCnt爲0，說明對象被錯誤的引用。在AbstractReferenceCountedByteBuf源碼分析小節將詳細介紹ReferenceCounted的原理。

ByteBuf：實現接口ReferenceCounted和Comparable，實現ReferenceCounted使得ByteBuf具有引用計數的能力，方便跟蹤ByteBuf對象分配和釋放。

• ByteBuf直接子類

EmptyByteBuf：用於構建空ByteBuf對象，capacity和maxCapacity均爲0。

ReplayingDecoderBuffer：用於構建在IO阻塞條件下實現無阻塞解碼的特殊ByteBuf對象，當要讀取的數據還未接收徹底時，拋出異常，交由ReplayingDecoder處理。

SwappedByteBuf：用於構建具備切換字節順序功能的ByteBuf對象，默認ByteBuf對象使用BIG_ENDIAN（大字節序）存儲數據，SwappedByteBuf能夠在BIG_ENDIAN和LITTLE_ENDIAN之間自由切換。TCP/IP各層協議均採用網絡字節序（BIG_ENDIAN），關於字節序的更多內容不詳細介紹。

WrappedByteBuf：用於裝飾ByteBuf對象，主要有AdvancedLeakAwareByteBuf、SimpleLeakAwareByteBuf和UnreleasableByteBuf三個子類。這裏WrappedByteBuf使用裝飾者模式裝飾ByteBuf對象，AdvancedLeakAwareByteBuf用於對全部操做記錄堆棧信息，方便監控內存泄漏；SimpleLeakAwareByteBuf只記錄order(ByteOrder endianness)的堆棧信息；UnreleasableByteBuf用於阻止修改對象引用計數器refCnt的值。

AbstractByteBuf：提供ByteBuf的默認實現，同時組合ResourceLeakDetector和SwappedByteBuf的能力，ResourceLeakDetector是內存泄漏檢測工具，SwappedByteBuf用於字節序不一樣時轉換字節序。

• AbstractByteBuf直接子類

AbstractDerivedByteBuf：提供派生ByteBuf的默認實現，主要有DuplicatedByteBuf、ReadOnlyByteBuf和SlicedByteBuf。

DuplicatedByteBuf使用裝飾者模式建立ByteBuf的複製對象，使得複製後的對象與原對象共享緩衝區的內容，可是獨立維護本身的readerIndex和writerIndex。部分源碼以下：

private final ByteBuf buffer;

    public DuplicatedByteBuf(ByteBuf buffer) {
        super(buffer.maxCapacity());
        //共享緩衝區內容
        if (buffer instanceof DuplicatedByteBuf) {
            this.buffer = ((DuplicatedByteBuf) buffer).buffer;
        } else {
            this.buffer = buffer;
        }
        //調用自身的setIndex方法維護readerIndex和writerIndex
        setIndex(buffer.readerIndex(), buffer.writerIndex());
    }
    //全部操做都是經過調用被裝飾對象buffer的相應方法實現
    @Override
    public ByteBuf getBytes(int index, ByteBuf dst, int dstIndex, int length) {
        buffer.getBytes(index, dst, dstIndex, length);
        return this;
    }
    @Override
    public ByteBuf getBytes(int index, byte[] dst, int dstIndex, int length) {
        buffer.getBytes(index, dst, dstIndex, length);
        return this;
    }

ReadOnlyByteBuf使用裝飾者模式建立ByteBuf的只讀對象，該只讀對象與原對象共享緩衝區的內容，可是獨立維護本身的readerIndex和writerIndex，以後全部的寫操做都被限制；部分源碼以下：

private final ByteBuf buffer;

    public ReadOnlyByteBuf(ByteBuf buffer) {
        super(buffer.maxCapacity());

        if (buffer instanceof ReadOnlyByteBuf || buffer instanceof DuplicatedByteBuf) {
            this.buffer = buffer.unwrap();
        } else {
            this.buffer = buffer;
        }
        setIndex(buffer.readerIndex(), buffer.writerIndex());
    }
    @Override
    protected void _setLong(int index, long value) {
        throw new ReadOnlyBufferException();
    }

    @Override
    public int setBytes(int index, InputStream in, int length) {
        throw new ReadOnlyBufferException();
    }

SlicedByteBuf使用裝飾者模式建立ByteBuf的一個子區域ByteBuf對象，返回的ByteBuf對象與當前ByteBuf對象共享緩衝區的內容，可是維護本身獨立的readerIndex和writerIndex，容許寫操做。

AbstractReferenceCountedByteBuf：提供修改對象引用計數器相關操做的默認實現。

• AbstractReferenceCountedByteBuf直接子類

CompositeByteBuf：用於將多個ByteBuf組合在一塊兒，造成一個虛擬的ByteBuf對象，支持讀寫和動態擴展。內部使用List<Component>組合多個ByteBuf。推薦使用ByteBufAllocator的compositeBuffer()方法，Unpooled的工廠方法compositeBuffer()或wrappedBuffer(ByteBuf... buffers)建立CompositeByteBuf對象。

FixedCompositeByteBuf：用於將多個ByteBuf組合在一塊兒，造成一個虛擬的只讀ByteBuf對象，不容許寫入和動態擴展。內部使用Object[]將多個ByteBuf組合在一塊兒，一旦FixedCompositeByteBuf對象構建完成，則不會被更改。

PooledByteBuf<T>：基於內存池的ByteBuf，主要爲了重用ByteBuf對象，提高內存的使用效率；適用於高負載，高併發的應用中。主要有PooledDirectByteBuf，PooledHeapByteBuf，PooledUnsafeDirectByteBuf三個子類，PooledDirectByteBuf是在堆外進行內存分配的內存池ByteBuf，PooledHeapByteBuf是基於堆內存分配內存池ByteBuf，PooledUnsafeDirectByteBuf也是在堆外進行內存分配的內存池ByteBuf，區別在於PooledUnsafeDirectByteBuf內部使用基於PlatformDependent相關操做實現ByteBuf，具備平臺相關性。

ReadOnlyByteBufferBuf：只讀ByteBuf，內部持有ByteBuffer對象，相關操做委託給ByteBuffer實現，該ByteBuf限內部使用，ReadOnlyByteBufferBuf還有一個子類ReadOnlyUnsafeDirectByteBuf。

UnpooledDirectByteBuf：在堆外進行內存分配的非內存池ByteBuf，內部持有ByteBuffer對象，相關操做委託給ByteBuffer實現。

UnpooledHeapByteBuf：基於堆內存分配非內存池ByteBuf，即內部持有byte數組。

UnpooledUnsafeDirectByteBuf：與UnpooledDirectByteBuf相同，區別在於UnpooledUnsafeDirectByteBuf內部使用基於PlatformDependent相關操做實現ByteBuf，具備平臺相關性。

到此，ByteBuf繼承家族的各個成員對應的相關功能已介紹完成。

總結：

從內存分配角度看，ByteBuf主要分爲兩類：

• 堆內存（HeapByteBuf）字節緩衝區：特色是內存的分配和回收速度快，能夠被JVM自動回收；缺點是進行Socket的I/O讀寫須要額外進行一次內存複製，即將內存對應的緩衝區複製到內核Channel中，性能會有必定程度降低。
• 直接內存（DirectByteBuf）字節緩衝區：在堆外進行內存分配，相比堆內存，分配和回收速度稍慢。但用於Socket的I/O讀寫時，少一次內存複製，速度比堆內存字節緩衝區快。

經驗代表，在I/O通訊線程的讀寫緩衝區使用DirectByteBuf，後端業務消息的編解碼模塊使用HeapByteBuf，這樣組合能夠達到性能最優。

從內存回收角度看，ByteBuf也分爲兩類：

• 基於內存池的ByteBuf：優勢是能夠重用ByteBuf對象，經過本身維護一個內存池，能夠循環利用建立的ByteBuf，提高內存的使用效率，下降因爲高負載致使的頻繁GC。適用於高負載，高併發的應用中。推薦使用基於內存池的ByteBuf。
• 非內存池的ByteBuf：優勢是管理和維護相對簡單。

本節重點介紹ByteBuf繼承家族的各個成員，詳細功能後續將經過源碼講解，下一節介紹AbstractByteBuf源碼。

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