io.netty.buffer包中是netty ByteBuf的實現。ByteBuf是一個二進制緩衝區的抽象接口，它的功能有:
- 可以隨機訪問、順序訪問。
- 支持基本數據類型(byte, short, int, long, float, double)的序列化和反序列化。
- 不限制底層原始的數據類型，可以是byte[], NIO Buffer, String, IO Stream, 直接內（C語言中可以表示爲指向一塊內置起始地址的指針void*, 內存的長度), 等等。
爲什麼需要ByteBuf
緩衝區的使用範圍非常廣泛：I/O操作，序列化/反序列化，編碼轉換，壓縮/解壓，加/解密等所有需要使用byte[]的場景。
有些場景需要需要能夠快速地創建和銷燬緩衝區，如：高併發的服務器，處理請求、返回響應的時時候需要大量且高頻地創建，銷燬緩衝區。
有些場景不能確定需要多大的緩衝區，如: 從數據流中分離出一條消息，消息的長度不確定，只知道最大長度。假如消息的最大長度是64KB，而消息的平均長度只有4KB, 如果每次創建64KB的緩衝區就太浪費了。如果緩衝區能夠在需要的時候自動且高效地增減容量，就完美了。
在所有的場景中都涉及到頻繁的數據copy，這要求緩衝區數據copy的性能要儘量高。如果有可能，儘量減少數據copy。
ByteBuf就是爲解決以上問題而設計的。
核心概念
如下所示
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
0 readerIndex writerIndex capacity
- capacity: 緩衝區的容量。
- readerIndex: 當前讀的位置。可以使用readerIndex()和readerIndex(int)方法獲取、設置readerIndex值。每次調用readXXX方法都會導致readerIndex向writerIndex移動，直到等於writerIndex爲止。
- writerIndex: 寫的當前位置。可以使用writerIndex()和writerIndex(int)方法獲取、設置writeIndex的值。每次調用writeXXX方法都會導致writeIndex向capacity移動，直到等於capacity爲止。
- discardable bytes: 可丟棄的數據。0–readerIndex之間的數據, 長度是readerIndex - 0，調用discardReadBytes會丟棄這部分數據，把readerIndex–writerIndex之間的數據移動到ByteBuf的開始位置(0), ByteBuf會變成如下所示的樣子:
| readable bytes | writable bytes |
readerIndex(0) writerIndex capacity
- readable bytes: 可讀數據。 readerIndex–writerIndex之間的數據，長度是writerInex - readerIndex。可以調用readableBytes()方法得到它的長度。
- writeable bytes: 可寫的空間。長度是capacity - writerIndex。也可以認爲它是ByteBuf的剩餘空間。
核心能力
對二進制數據的讀寫是ByteBuf的核心能力。它提供兩種讀寫方式:
- 隨機讀寫: getXXX(int), setXXX(int, …)。不會對readerIndex和writerIndex產生影響，範圍是(0,capacity]。
- 順序讀寫: readXXX, 增加readerIndex的值，範圍是(readerIndex, writerIndex]。 writeXXX，增加writerIndex值，範圍是(writerIndex, capacity]。
ByteBuf爲了方便使用，提供了一些基本數據類型(unsigned表示無符號類型)的讀寫支持:
| 數據類型 | 長度(Byte) |
|---|---|
| byte, unsignedByte | 1 |
| short, unsignedShort | 2 |
| char | 2 |
| medium, unsignedMedium | 3 |
| int, unsignedInt | 4 |
| long | 8 |
| float | 4 |
| double | 8 |
對這些基本數據類型的讀寫涉及到了字節須的問題，ByteBuf支持兩種字節序，使用java.nio.ByteOrder中的定義，默認的字節序是BIG_ENDIAN, 這個也是網絡字節序。
此外還提供了對byte[]類型及可以當成byte[]使用的數據類型的支持, 方法名都是：getBytes，setBytes, readBytes, writeBytes。
- byte[]
- ByteBuf
- ByteBuffer
- GatheringByteChannel
- InputStread, OutputStream
內存管理
內存管理分爲兩個部分：內存分配，內存釋放。
ByteBufAllocator是內存分配的接口，它有兩個具體實現:UnpooledByteBufAllocator， PooledByteBufAllocator。
UnpooledByteBufAllocator是JVM內存分配接口的簡單封裝。
PooledByteBufAllocator在JVM內存分配的基礎上實現了一套獨立的內存分配算法。
內存釋放的關鍵是如何判定對象死亡，ByteBuf繼承了ReferenceCounted接口，使用引用計數的方式判定對象死亡。
PooledByteBufAllocator中高效的內存管理算法是ByteBuf的性能基礎，理解了它的算法是理解ByteBuf的關鍵。
體系結構
上圖是ByteBuf體系結構中主要的類和接口。主要分爲三大類:
- AbstractReferenceCountedByteBuf及其子類。這個類別是是ByteBuf中最重要的部分，它分爲4個小類別:
CompositeByteBuf, FixedCompositeByteBuf: 把不同的ByteBuf組合成一個ByteBuf。
PooledByteBuf：實現了自定義內存管理算法的。
UnpooledXXXX: 直接使用JVM內存管理能力。
ReadOnlyByteBufferBuf: 只讀的。
- SwappedByteBuf: 用來轉換ByteBuf的字節序。
- WrappedByteBuf: 用來包裝另一個ByteBuf。
工具
有兩個工具類幫助開發者使用ByteBuf:
- ByteBufUtil: 這個類中創建好了默認的ByteBufAllocator，可以直接拿來用。還有一些操作ByteBuf常用的方法。
- Unpooled: 這個類是針對UnpooledXXXByteBuf的工具。
用法
創建ByteBufAllocator
使用ByteBufUtil.DEFAULT_ALLOCATOR得到ByteBufAllocator實例。這個實例可能是UnpooledByteBufAllocator，也可能是PooledByteBufAllocator類型，這取決於io.netty.allocator.type屬性的設置。默認是unpooled，UnpooledByteBufAllocator類型。如果想要PooledByteBufAllocator類型，把這個屬性的值設置成pooled：
java -Dio.netty.allocator.type=pooled，或者System.setProperty(“io.netty.allocator.type”, “pooled”)
創建ByteBuf
netty不建議直接創建創建ByteBuf實例，推薦使用ByteBufAllocator創建ByteBuf實例，或者使用Unpooled靜態方法。
ByteBufAllocator有7種方法用於創建ByteBuf實例：
| 方法名 | 特性 |
|---|---|
| buffer | 使用可能是JVM堆內存或直接內存，取決於具體的實現 |
| ioBuffer | 如果可以的話優先使用直接內存 |
| heapBuffer | 使用堆內存 |
| directBuffer | 使用直接內存 |
| CompositeByteBuf | 使用可能是JVM堆內存或直接內存，取決於具體的實現 |
| compositeHeapBuffer | 使用堆內存 |
| compositeDirectBuffer | 使用堆內存 |
Unpooled創建ByteBuf實例的方法有2兩種:
| 方法名 | 特性 |
|---|---|
| buffer | 使用堆內存 |
| directBuffer | 使用直接內存 |
包裝成ByteBuf
Unpooled提供了一系列的wrappedBuffer方法，把一些數據類型包裝成一個ByteBuf, 這些數據類型有:
- byte[]。
- ByteBuffer。
- 另一個的ByteBuf中的可讀數據。
wrappedBuffer方法還可以把byte[]…, ByteBuffer…, ByteBuf…包裝成一個CompositeByteBuf。
數據讀寫
數據讀寫是ByteBuf的基本功能，前面已經講過，相關方法是: getXXX, readXXX, setXXX, writeXXX。