一文搞懂ByteBuf的基础使用

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前言

NIO中的ByteBuffer使用起来多有不便，读写需要切换和容量固定等问题让ByteBuffer易用性急剧降低，因此在Netty中设计了ByteBuf来代替ByteBuffer进行使用。

本文将通过图示和简单示例，快速对ByteBuf进行讲解，使用的Netty版本为4.1.6.Final。

正文

一. ByteBuf结构

在初始创建一个ByteBuf出来时，ByteBuf如下所示。

ByteBuf有两个关键指针，writerIndex表示写指针，永远指向下一次写入的开始位置，readerIndex表示读指针，永远指向下一次读取的开始位置。通过上图还可以知道，ByteBuf的初始容量是256，最大容量是Integer.MAX_VALUE，即整形最大值。

此时往ByteBuf写入四个字节，写入字节后的ByteBuf如下所示。

写入四个字节后，writerIndex向后移动了四位来到了索引为4的位置，此时索引范围[readerIndex, writerIndex)上的字节全部为可读字节，因此如果writerIndex等于writerIndex，那么实际上是没有可读字节的，此时如果还通过ByteBuf读取字节，就会抛出IndexOutOfBoundsException。

现在通过ByteBuf读取两个字节，读取字节后的ByteBuf如下所示。

读取过的字节就变成可废弃字节，此时调用ByteBuf的discardReadyBytes() 方法可以把可废弃字节的空间回收掉，就像下面这样。

调用ByteBuf的discardReadyBytes() 方法后，假如回收了N字节的空间，那么读写指针就要往前移动N个位置，相应的可读字节的位置也要往前移动N个位置，这里的问题就在于可读字节移动位置时会发生内存复制，所以尽管ByteBuf的discardReadyBytes() 方法会释放内存空间，但是也会造成内存复制，那么频繁调用discardReadyBytes() 方法就会影响效率。

ByteBuf还提供了若干操作读写指针的方法，使得ByteBuf数据的读写十分灵活方便，常用的方法说明如下。

• markWriterIndex()。将当前writerIndex的值赋值给markedWriterIndex，其中markedWriterIndex初始默认为0；
• markReaderIndex()。将当前readerIndex的值赋值给markedReaderIndex，其中markedReaderIndex初始默认为0；
• resetWriterIndex()。将当前writerIndex重置为markedWriterIndex；
• resetReaderIndex()。将当前readerIndex重置为markedReaderIndex；
• writerIndex(int writerIndex)。将当前writerIndex设置为指定值；
• readerIndex(int readerIndex)。将当前readerIndex设置为指定值；
• clear()。将当前writerIndex和readerIndex重置为0。

上述这些操作读写指针的方法，仅改变了读写指针的位置，不会影响到实际内存里面的数据，所以像可废弃字节这种读取过的数据，可以通过操作读指针，重复进行读取。但是有一点需要注意，可读字节的索引范围一定是[readerIndex, writerIndex)，那么在操作读写指针时，不能让readerIndex大于等于writerIndex时还去进行读操作，否则会报IndexOutOfBoundsException异常。

二. ByteBuf使用模式

ByteBuf有三种使用模式，分别是堆缓冲区，直接缓冲区和复合缓冲区，先抛开复合缓冲区不谈，堆缓冲区就是数据分配在JVM的堆空间中，而直接缓冲区的数据是分配在JVM管控之外的堆空间中，那么使用堆缓冲区的好处就是分配时更快且安全，但坏处就是在进行IO操作时会先将数据从堆缓冲区拷贝到直接缓冲区，相较于直接使用直接缓冲区来说，多了一次拷贝操作，具体可以参考下面图示。

三. ByteBuf扩容

ByteBuf相较于ByteBuffer，显著的一点区别在于ByteBuf支持动态扩容，当写入数据时，ByetBuf会根据本次写入数据长度（minWritableBytes）加上写指针所在索引值（writerIndex），得到一个最小需要的容量值（minNewCapacity），然后根据minNewCapacity的不同，会有不同的扩容行为，具体行为归纳如下。

1. minNewCapacity如果等于4MB则扩容后容量为4MB；
2. minNewCapacity如果小于4MB则扩容后容量为大于等于minNewCapacity的最小的64乘以2的幂；
3. minNewCapacity如果大于4MB则扩容后容量为(minNewCapacity/4MB + 1) * 4MB；
4. 扩容后的容量最大不能超过Integer.MAX_VALUE。

总结

关于ByteBuf的基础使用，其实知道ByteBuf的读写指针的一个读取和写入规则，以及如何扩容就够了，其它的使用方式例如视图和释放等，在Netty实战时用到再分析。

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