上一篇文章 Netty从入门到实战 — 客户端和服务端双向通信 中说到,只有把字节数据填充到 ByteBuf才能写到对端,哪么,ByteBuf到底是个什么东西?我们今天就来剖析一下。
闪电侠大佬画出来的这个图已经说明了一切,我们可以很容易的看出来,一个 ByteBuf 实际上就是一个字节容器:
容器里面的数据分三部分 第一部分:已经丢弃的字节;第二部分:可读字节;第三部分:可写字节;最后还有一段虚线部分代表了 可扩容字节; 以上三段内容是根据两个指针进行划分的,一个是可读指针readIndex,还有一个是可写指针 writeIndex;变量 capacity 代表了 ByteBuf 底层的内存总容量ByteBuf每读取一个字节,readIndex 就会增加 1,直到 readIndex == writeIndex 的时候代表该 ByteBuf 不可读,也就是说,意味着 ByteBuf 中总共有 writeBuf - readIndex个字节可读;ByteBuf每写一个字节,writeIndex 就会增加 1,直到增加到writeIndex == capacity 代表该 ByteBuf不可写;参数 maxCapacity 代表该 ByteBuf 的最大容量,在写 ByteBuf 数据时,如果容量不足,ByteBuf 可以进行扩容,直到 capacity == maxCapacity ,一旦超过 maxCapacity 会报错。capacity()
表示 ByteBuf 底层占用了多少字节的内存(包括丢弃的字节、可读字节、可写字节),不同的底层实现机制有不同的计算方式。
maxCapacity()
表示 ByteBuf 底层最大能够占用多少字节的内存,当向 ByteBuf 中写数据的时候,如果发现容量不足,则进行扩容,直到扩容到 maxCapacity,超过这个数,就抛异常。
readableBytes() 与 isReadable()
readableBytes()表示 ByteBuf当前可读的字节数,它的值等于 writerIndex-readerIndex,如果两者相等,则不可读,isReadable() 方法返回 false。
writableBytes()、 isWritable() 与 maxWritableBytes()
writableBytes()表示 ByteBuf 当前可写的字节数,它的值等于 capacity-writerIndex,如果两者相等,则表示不可写,isWritable() 返回 false,但是这个时候,并不代表不能往 ByteBuf 中写数据了, 如果发现往 ByteBuf 中写数据写不进去的话,Netty 会自动扩容 ByteBuf,直到扩容到底层的内存大小为maxCapacity``,而 maxWritableBytes() 就表示可写的最大字节数,它的值等于 maxCapacity-writerIndex
readerIndex() 与 readerIndex(int)
前者表示返回当前的读指针readerIndex, 后者表示设置读指针。
writeIndex() 与 writeIndex(int)
前者表示返回当前的写指针 writerIndex, 后者表示设置写指针。
markReaderIndex() 与 resetReaderIndex()
前者表示把当前的读指针保存起来,后者表示把当前的读指针恢复到之前保存的值,下面两段代码是等价的。
// 片段 1 int readIndex = buffer.readIndex(); // ... 其他操作 buffer.readerIndex(readIndex); // 片段 2 buffer.markReadIndex(); // ... 其他操作 buffer.resetReaderIndex(); /** 推荐大家使用 片段 2 这种写法: 不需要自己定义变量,无论 buffer 当做参数传递到哪里,调用 resetReadIndex() 都可以恢复到指点的状态,在解析自定义数据包的时候非常常见(后文会提及) */markWriterIndex() 与 resetWriterIndex()
这两个 API 的作用和 markReaderIndex() 与 resetReaderIndex()类似。
writeBytes(byte[] src) 与 buffer.readBytes(byte[] dst)
writeBytes() 表示把字节数组 src 里面的数据全部写到 ByteBuf,而 readBytes() 指的是把 ByteBuf 里面的数据全部读取到 dst,这里 dst 字节数组的大小通常等于 readableBytes(),而 src 字节数组大小的长度通常小于等于 writableBytes()。
writeByte(byte b) 与 buffer.readByte()
writeByte() 表示往 ByteBuf 中写一个字节,而 buffer.readByte()表示从 ByteBuf 中读取一个字节,类似的 API 还有 writeBoolean()、writeChar()、writeShort()、writeInt()、writeLong()、writeFloat()、writeDouble() 与 readBoolean()、readChar()、readShort()、readInt()、readLong()、readFloat()、readDouble() 这里就不一一赘述了,相信读者应该很容易理解这些 API。
与读写 API 类似的 API 还有 getBytes、getByte() 与 setBytes()、setByte()系列,唯一的区别就是 get/set 不会改变读写指针,而 read/write 会改变读写指针,这点在解析数据的时候千万要注意。
release() 与 retain()
由于 Netty 使用了堆外内存,而堆外内存是不被 JVM 直接管理的,也就是说申请到的内存无法被垃圾回收器直接回收,所以需要我们手动回收。
有点类似于 C 语言里面,申请到的内存必须手工释放,否则会造成内存泄漏。
Netty 的 ByteBuf 是通过引用计数的方式管理的,如果一个 ByteBuf 没有地方被引用到,需要回收底层内存。
默认情况下,当创建完一个 ByteBuf,它的引用为 1,然后每次调用 retain() 方法, 它的引用就加一, release() 方法原理是将引用计数减一,减完之后如果发现引用计数为 0,则直接回收 ByteBuf 底层的内存。
slice()、duplicate()、copy()
这三个方法通常情况会放到一起比较,这三者的返回值都是一个新的 ByteBuf 对象。
slice()方法从原始 ByteBuf 中截取一段,这段数据是从 readIndex 到 writeIndex;duplicate()方法把整个 ByteBuf 都截取出来,包括所有的数据、指针信息;slice() 和 duplicate() 方法比较: 相同点:底层内存与引用计数与原始的 ByteBuf 共享,也就是说经过 slice() 和 duplicate()返回的 ByteBuf 调用 write 系列的所有方法都会影响到原始的 ByteBuf不同点:截取内容不一样 slice()只截取从 readerIndex 到 writerIndex 之间的数据duplicate()是把整个 ByteBuf 都与原始的 ByteBuf 共享 这俩方法都不会拷贝数据,只是通过改变读写指针来改变读写行为,而 copy()方法会直接从原始的 ByteBuf 中拷贝所有的信息,包括读写指针以及底层对应的数据,因此,改变 copy() 返回的 ByteBuf 不会影响到原始的 ByteBuf。 slice() 和 duplicate() 不会改变 ByteBuf 的引用计数,所以原始的 ByteBuf 调用 release() 之后发现引用计数为零,就开始释放内存,调用这两个方法返回的 ByteBuf 也会被释放,这个时候如果再对它们进行读写,就会报错。以上三个方法均维护着自己的读写指针,与原始的 ByteBuf 的读写指针无关,相互之间不受影响。retainedSlice() 与 retainedDuplicate()
相信读者应该已经猜到这两个 API 的作用了,它们的作用是在截取内存片段的同时,增加内存的引用计数,分别与下面两段代码等价。
// retainedSlice 等价于 slice().retain(); // retainedDuplicate() 等价于 duplicate().retain()使用到 slice 和 duplicate 方法的时候,千万要理清内存共享,引用计数共享,读写指针不共享几个概念,下面举两个常见的易犯错的例子。
retainedSlice() 与 retainedDuplicate()
相信读者应该已经猜到这两个 API 的作用了,它们的作用是在截取内存片段的同时,增加内存的引用计数,分别与下面两段代码等价。
// retainedSlice 等价于 slice().retain(); // retainedDuplicate() 等价于 duplicate().retain()注意:使用到 slice 和 duplicate 方法的时候,千万要理清内存共享,引用计数共享,读写指针不共享几个概念。
此处指出两个常见的易犯错误的例子:
多次释放不释放造成内存泄漏为了避免以上两个常见错误,我们需要牢记一点,哪就是
在一个函数体里面,只要增加了引用计数(包括 ByteBuf 的创建和手动调用 retain() 方法),就必须调用 release() 方法。
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本系列文章参考自 闪电侠的 掘金小册 感兴趣的读者可以点击如下链接进行购买 Netty入门与实战