Netty ByteBuf 传输载体

1. 前言

在 Netty 里面的数据读写是以 ByteBuf 为单位进行交互的，ByteBuf 是一个字节容器，如果了解过 NIO 的同学应该知道，在 NIO 里面也有类型的数据载体 ByteBuffer。

2. 学习目的

熟悉掌握 ByteBuf 的原理及 API，则可以自定义通信协议，并且使用 ByteBuf、序列化等技术实现通信协议，并且有效解决拆包和粘包问题（后面章节会详细分析）。

3. ByteBuf 结构

ByteBuff 的结构主要由四个部分组成，废弃字节、可读字节、可写字节、可扩容字节，具体结构图如下所示：

通过以上的结构图，我们可以看出它其实就是一个数组，在写数据和读数据的时候分别维护两个指针的移动，分别是 readerIndex 和 writerIndex，在 readerIndex 和 writerIndex 之间的数据是有效可读数据。具体分析如下所示：

1. ByteBuf 的四个核心属性，分别是 readerIndex（可读指针位置）、writerIndex（可写指针位置）、capacity（初始化容量值）、maxCapacity（最大容量值）。其中 readerIndex 和 writerIndex 之间的数据是 ByteBuf 的主体数据；
2. 读取数据的时候，readerIndex 递增，一旦 readerIndex 等于 writerIndex 则表示该容器没有数据可读了。writerIndex-readerIndex 表示有效可读数据的长度；
3. 写数据的时候，writerIndex 递增，一旦 writerIndex 等于 capacity 表示容器已经满了，ByteBuf 不能再写数据了，capacity-writerIndex 表示容器还可以写入的数据长度；
4. 当向 ByteBuf 写数据的时候，如果容量不足，那么这个时候可以进行扩容，直到 capacity 扩容到 maxCapacity，超过 maxCapacity 就会报错；
5. 总结，readerIndex<=writerIndex<=capacity<=maxCapacity。

4. 核心 API

以上是 ByteBuf 的核心的 API，很多时候，在编程的时候直接操作 ByteBuf 可能会相对的繁琐，所以不会直接手工调用这些 API，而是通过封装编码和解码器的方式进行使用，但是编码、解码底层就是通过 ByteBuf 去实现的。

5. 核心 API 详解

5.1 capatiy()

表示 ByteBuf 可以写入多少个字节，一般在初始化 ByteBuf 时就会指定。

实例：

ByteBuf byteBuf=Unpooled.buffer(10);

5.2 maxCapacity()

表示 ByteBuf 最大可以支持多少字节，如果当 writerIndex=capacity 时，会判断 capacity 是否等于 maxCapacity，如果小于则扩容。

实例：

//参数1，容量值
//参数2，最大容量值
ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(10,20);

5.3 readalbeBytes()

表示 ByteBuf 当前可读的字节数，它的值等于 writerIndex-readerIndex。

源码：

public int readableBytes() {
    return this.writerIndex - this.readerIndex;
}

5.4 isReadable()

如果 writerIndex 和 readerIndex 相等，则不可读，isReadable () 方法返回 false。

源码：

public boolean isReadable(int numBytes) {
    return this.writerIndex - this.readerIndex >= numBytes;
}

5.5 writableBytes()

表示 ByteBuf 当前可写的字节数，它的值等于 capacity-writerIndex。

源码：

public int writableBytes() {
    return this.capacity() - this.writerIndex;
}

5.6 isWritable()

如果 capacity 和 writerIndex 相等，则表示不可写，isWritable () 返回 false。

源码：

public boolean isWritable() {
    return this.capacity() > this.writerIndex;
}

5.7 maxWritableBytes()

capacity 和 writerIndex 相等，并不代表不能继续往 ByteBuf 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。

源码：

public int maxWritableBytes() {
    return this.maxCapacity() - this.writerIndex;
}

5.8 readerIndex()

readerIndex () 表示返回当前的读指针 readerIndex，ByteBuf 会维护一个变量 readerIndex。

源码：

int readerIndex;
public int readerIndex() {
    return this.readerIndex;
}

5.9 readerIndex(int)

readerIndex (int) 表示设置读指针，比如说可以回滚到某个指针位置。

源码：

public ByteBuf readerIndex(int readerIndex) {
        if (readerIndex >= 0 && readerIndex <= this.writerIndex) {
            //给readerIndex赋值
            this.readerIndex = readerIndex;
            return this;
        } else {
            throw new IndexOutOfBoundsException("....");
        }
    }

5.10 writeIndex()

writeIndex () 表示返回当前的写指针 writerIndex。

源码：

public int writerIndex() {
    return this.writerIndex;
}

5.11 writeIndex(int)

writeIndex (int) 表示设置写指针，比如说可以回滚到某个指针位置。

public ByteBuf writerIndex(int writerIndex) {
        if (writerIndex >= this.readerIndex && writerIndex <= this.capacity()) {
            //给writerIndex赋值
            this.writerIndex = writerIndex;
            return this;
        } else {
            throw new IndexOutOfBoundsException("...");
        }
    }

5.12 markReaderIndex()

markReaderIndex () 表示把当前的读指针保存起来，其实类似数据库事务的当前状态标记。

源码：

public ByteBuf markReaderIndex() {
    //使用markedReaderIndex保存当前读指针
    this.markedReaderIndex = this.readerIndex;
    return this;
}

5.13 resetReaderIndex()

resetReaderIndex () 表示把当前的读指针恢复到之前保存的值，类似数据库事务回归到某个状态。

源码：

public ByteBuf resetReaderIndex() {
    this.readerIndex(this.markedReaderIndex);
    return this;
}

5.14 markWriterIndex()

表示把当前的写指针保存起来。

源码：

public ByteBuf markWriterIndex() {
    this.markedWriterIndex = this.writerIndex;
    return this;
}

5.15 resetWriterIndex()

切块之前保存的写指针 writerIndex。

源码：

public ByteBuf resetWriterIndex() {
    this.writerIndex = this.markedWriterIndex;
    return this;
}

5.16 writeByte(byte b)

writeByte (byte b)，表示一次写入一个字节，writerIndex++。

源码：

public ByteBuf writeByte(int value) {
    this.ensureAccessible();
    this.ensureWritable0(1);
    
    //writerIndex指针自增
    this._setByte(this.writerIndex++, value);
    return this;
}

5.17 writeBytes(byte[] src)

writeBytes (byte [] src)，表示写入一个字节数组，writerIndex=writerIndex+src.length。

源码：

public ByteBuf writeBytes(byte[] src) {
    this.writeBytes((byte[])src, 0, src.length);
    return this;
}

public ByteBuf writeBytes(byte[] src, int srcIndex, int length) {
    this.ensureAccessible();
    this.ensureWritable(length);
    this.setBytes(this.writerIndex, src, srcIndex, length);
    this.writerIndex += length; //writerIndex指针增加
    return this;
}

5.18 readByte()

readByte ()，表示一次读取一个字节，readerIndex++。

源码：

public byte readByte() {
    this.checkReadableBytes0(1);
    int i = this.readerIndex;
    byte b = this._getByte(i);//读取数据
    this.readerIndex = i + 1; //指针自增
    return b;
}

5.19 readBytes(byte[] dst)

readBytes (byte [] dst)，表示把 ByteBuf 里面的数据读取到 dst，readerIndex=readerIndex+dst.length。

源码：

public ByteBuf readBytes(byte[] dst) {
    this.readBytes((byte[])dst, 0, dst.length);
    return this;
}

public ByteBuf readBytes(byte[] dst, int dstIndex, int length) {
    this.checkReadableBytes(length);
    this.getBytes(this.readerIndex, dst, dstIndex, length);//往目标dst里面写数据
    this.readerIndex += length;//指针增加
    return this;
}

读写 API 类似的 API 还有 getBytes、getByte () 与 setBytes ()、setByte () 系列

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。

6. 小结

本节内容主要讲解了 ByteBuf，需要掌握的内容如下：

1. 理解并且牢记 ByteBuf 结构图；
2. 基于读写指针、容量、最大可扩容容量，衍生出一系列的读写方法，要注意 read/write 与 get/set 的区别；