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概念

ByteBuf是Netty中用于處理二進制數據的緩沖區

Netty的ByteBuf是一個可用于高效存儲和操作字節數據的數據結構。與傳統的ByteBuffer相比，ByteBuf提供了更靈活、更強大的API。

主要特性：

• 可擴展性： ByteBuf支持動態擴展，可以自動擴展其容量以適應數據的增長。

• 讀寫索引分離： 與ByteBuffer不同，ByteBuf有獨立的讀和寫索引。這意味著可以讀取和寫入數據而無需手動切換模式。

• 零拷貝： ByteBuf支持零拷貝操作，可以提高性能并降低內存復制的開銷。

• 池化支持： Netty提供了ByteBuf的池化支持，可幫助有效地重用內存以減少垃圾收集的壓力。

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ByteBuf VS Java NIO Buffer

ByteBuf則是Java NIO Buffer的新輪子，官方列出了一些ByteBuf的特性：

• 需要的話，可以自定義buffer類型；
• 通過組合buffer類型，可實現透明的zero-copy；
• 提供動態的buffer類型，如StringBuffer一樣，容量是按需擴展；
• 無需調用flip()方法
• …

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ByteBuf實現類

ByteBuf提供了一些較為豐富的實現類，邏輯上主要分為兩種：

• HeapByteBuf
• DirectByteBuf

實現機制則分為兩種：

• PooledByteBuf
• UnpooledByteBuf

除了這些之外，Netty還實現了一些衍生ByteBuf（DerivedByteBuf），如：ReadOnlyByteBuf、DuplicatedByteBuf以及SlicedByteBuf。

HeapByteBuf vs DirectByteBuf

HeapByteBuf和DirectByteBuf區別在于Buffer的管理方式：

• HeapByteBuf由Heap管理，Heap是Java堆的意思，內部實現直接采用byte[] array；
• DirectByteBuf使用是堆外內存，Direct應是采用Direct I/O之意，內部實現使用java.nio.DirectByteBuffer。

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PooledByteBuf vs UnpooledByteBuf

• UnpooledByteBuf實現就是普通的ByteBuf了
• PooledByteBuf是4.x之后的新特性

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其他

• DerivedByteBuf是ByteBuf衍生類，實現采用裝飾器模式對原有的ByteBuf進行了一些封裝。
• ReadOnlyByteBuf是某個ByteBuf的只讀引用；
• DuplicatedByteBuf是某個ByteBuf對象的引用；
• SlicedByteBuf是某個ByteBuf的部分內容。

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ByteBuf的實現機制

Netty中的ByteBuf是一個強大的字節容器，用于處理字節數據。它的實現機制相當復雜，其主要特點如下

• 內存分配： Netty的ByteBuf使用了一種稱為池化的內存管理機制。這意味著它不是每次都直接分配新的內存，而是從預分配的內存池中獲取。這有助于減少內存碎片化和提高性能。

  4.x開發了Pooled Buffer，實現了一個高性能的buffer池，分配策略則是結合了buddy allocation和slab allocation的jemalloc變種，代碼在io.netty.buffer.PoolArena

• 引用計數： ByteBuf使用了引用計數機制來跟蹤對它的引用。這種方式允許多個部分同時引用同一個ByteBuf，而不會導致內存泄漏。當引用計數降至零時，內存將被釋放回池。

• 可讀寫的索引： ByteBuf通過維護兩個索引來實現讀寫操作，分別是讀索引（readerIndex）和寫索引（writerIndex）。這兩個索引允許你從中讀取數據或將數據寫入，而不會相互影響。

• 零拷貝： Netty的ByteBuf支持零拷貝的特性，這意味著在某些情況下，數據可以在不涉及實際數據復制的情況下傳遞給其他組件。這對于提高性能和降低資源消耗非常重要。

  Zero-copy與傳統意義的zero-copy不太一樣。傳統的zero-copy是IO傳輸過程中，數據無需中內核態到用戶態、用戶態到內核態的數據拷貝，減少拷貝次數。而Netty的zero-copy則是完全在用戶態，或者說傳輸層的zero-copy機制,如下圖。

  由于協議傳輸過程中，通常會有拆包、合并包的過程，一般的做法就是System.arrayCopy了，但是Netty通過ByteBuf.slice以及Unpooled.wrappedBuffer等方法拆分、合并Buffer無需拷貝數據。

  如何實現zero-copy的呢。slice實現就是創建一個SlicedByteBuf對象，將this對象，以及相應的數據指針傳入即可，wrappedBuffer實現機制類似

  

• Composite ByteBuf： Netty提供了CompositeByteBuf，它是一種特殊的ByteBuf，可以將多個ByteBuf組合成一個邏輯上的ByteBuf。這使得可以在不實際復制數據的情況下聚合多個緩沖區

ByteBuf buffer1 = Unpooled.copiedBuffer("Hello, ".getBytes());
ByteBuf buffer2 = Unpooled.copiedBuffer("Netty!".getBytes());CompositeByteBuf compositeBuffer = allocator.compositeBuffer();
compositeBuffer.addComponent(true, buffer1);
compositeBuffer.addComponent(true, buffer2);// 使用compositeBuffer進行操作，它看起來像一個大的ByteBuf

CompositeByteBuf可以將多個ByteBuf組合成一個邏輯上的ByteBuf。