Netty原理與基礎（三）

1.Pipeline流水線

Netty的業務處理器流水線ChannelPipeline是基於責任鏈設計模式（Chain of Responsibility）來設計的，內部是一個雙向鏈表結構，能夠支持動態地添加和刪除Handler業務處理器。

入站操作
出站操作
出站流水從後往前

1.1ChanneHandlerContext上下文

不論定義那種類型的Handler業務處理器，最終形式都是以雙向鏈表方式保存的
在Handler業務處理器被添加到流水線中時，會創建一個通道處理器上下文ChannelHandlerContext，它代表了ChannelHandler通道處理器和ChannelPipeline通道流水線之間的關聯。
主要分類
1.獲取上下文所關聯的Netty組件實例，如所關聯的通道、所關聯的流水線、上下文內部Handler業務處理器實例等；

是入站和出站處理方法

Channel、Handler、ChannelHandlerContext三者的關係爲：
Channel通道擁有一條ChannelPipeline通道流水線，每一個流水線節點爲一個ChannelHandlerContext通道處理器上下文對象，每一個上下文中包裹了一個ChannelHandler通道處理器。在ChannelHandler通道處理器的入站/出站處理方法中，Netty都會傳遞一個Context上下文實例作爲實際參數。通過Context實例的實參，在業務處理中，可以獲取ChannelPipeline通道流水線的實例或者Channel通道的實例。

1.2階段流水線的處理方式

1.入站在channelRead方法中，不去調用父類的channelRead入站方法
-2.出站處理流程中，只要開始就不能被階段

2.ByteBuf緩衝區

ByteBuf的優勢：
- Pooling (池化，這點減少了內存複製和GC，提升了效率)
- 複合緩衝區類型，支持零複製
- 不需要調用flip()方法去切換讀/寫模式
- 擴展性好，例如StringBuffer
- 可以自定義緩衝區類型
- 讀取和寫入索引分開
- 方法的鏈式調用
- 可以進行引用計數，方便重複使用
ByteBuf是一個字節容器，內部是一個字節數組

2.1ByteBuf的重要屬性

readerIndex（讀指針）：指示讀取的起始位置。每讀取一個字節，readerIndex自動增加1。一旦readerIndex與writerIndex相等，則表示ByteBuf不可讀了。
writerIndex（寫指針）：指示寫入的起始位置。每寫一個字節，writerIndex自動增加1。一旦增加到writerIndex與capacity()容量相等，則表示ByteBuf已經不可寫了。capacity()是一個成員方法，不是一個成員屬性，它表示ByteBuf中可以寫入的容量。注意，它不是最大容量maxCapacity。
maxCapacity（最大容量）：表示ByteBuf可以擴容的最大容量。當向ByteBuf寫數據的時候，如果容量不足，可以進行擴容。擴容的最大限度由maxCapacity的值來設定，超過maxCapacity就會報錯。

2.2ByteBuf的三組方法

容量系列：capacity()、maxCapacity()
寫入系列: isWritable()、writableBytes() 等
讀取系列： isReadable( )、 readableBytes( )等

2.3代碼示例

public class WriteReadTest {

    @Test
    public void testWriteRead() {
        ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
        print("動作：分配 ByteBuf(9, 100)", buffer);
        buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
        print("動作：寫入4個字節 (1,2,3,4)", buffer);
        Logger.info("start==========:get==========");
        getByteBuf(buffer);
        print("動作：取數據 ByteBuf", buffer);
        Logger.info("start==========:read==========");
        readByteBuf(buffer);
        print("動作：讀完 ByteBuf", buffer);
    }

    //讀取一個字節
    private void readByteBuf(ByteBuf buffer) {
        while (buffer.isReadable()) {
            Logger.info("讀取一個字節:" + buffer.readByte());
        }
    }


    //讀取一個字節，不改變指針
    private void getByteBuf(ByteBuf buffer) {
        for (int i = 0; i < buffer.readableBytes(); i++) {
            Logger.info("讀取一個字節:" + buffer.getByte(i));
        }
    }

}

日誌打印：

[main|PrintAttribute.print] |>  after ===========動作：分配 ByteBuf(9, 100)============ 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.0 isReadable(): false 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.1 readerIndex(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.2 readableBytes(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.0 isWritable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.1 writerIndex(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.2 writableBytes(): 256 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.0 capacity(): 256 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.1 maxCapacity(): 2147483647 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.2 maxWritableBytes(): 2147483647 
[main|PrintAttribute.print] |>  after ===========動作：寫入4個字節 (1,2,3,4)============ 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.0 isReadable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.1 readerIndex(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.2 readableBytes(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.0 isWritable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.1 writerIndex(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.2 writableBytes(): 252 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.0 capacity(): 256 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.1 maxCapacity(): 2147483647 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.2 maxWritableBytes(): 2147483643 
[main|WriteReadTest.testWriteRead] |>  start==========:get========== 
[main|WriteReadTest.getByteBuf] |>  讀取一個字節:1 
[main|WriteReadTest.getByteBuf] |>  讀取一個字節:2 
[main|WriteReadTest.getByteBuf] |>  讀取一個字節:3 
[main|WriteReadTest.getByteBuf] |>  讀取一個字節:4 
[main|PrintAttribute.print] |>  after ===========動作：取數據 ByteBuf============ 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.0 isReadable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.1 readerIndex(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.2 readableBytes(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.0 isWritable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.1 writerIndex(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.2 writableBytes(): 252 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.0 capacity(): 256 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.1 maxCapacity(): 2147483647 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.2 maxWritableBytes(): 2147483643 
[main|WriteReadTest.testWriteRead] |>  start==========:read========== 
[main|WriteReadTest.readByteBuf] |>  讀取一個字節:1 
[main|WriteReadTest.readByteBuf] |>  讀取一個字節:2 
[main|WriteReadTest.readByteBuf] |>  讀取一個字節:3 
[main|WriteReadTest.readByteBuf] |>  讀取一個字節:4 
[main|PrintAttribute.print] |>  after ===========動作：讀完 ByteBuf============ 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.0 isReadable(): false 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.1 readerIndex(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  1.2 readableBytes(): 0 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.0 isWritable(): true 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.1 writerIndex(): 4 
[main|PrintAttribute.print] |>  2.2 writableBytes(): 252 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.0 capacity(): 256 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.1 maxCapacity(): 2147483647 
[main|PrintAttribute.print] |>  3.2 maxWritableBytes(): 2147483643

使用get取數據不會影想ByteBuf的指針

2.4ByteBuf的引用計數

Netty的ByteBuf的內存回收工作是通過引用計數的方式管理的
Netty採用“計數器”來追蹤ByteBuf的生命週期，一是對PooledByteBuf的支持，二是能夠儘快地“發現”那些可以回收的ByteBuf（非Pooled），以便提升ByteBuf的分配和銷燬的效率
什麼是Pooled（池化）的ByteBuf緩衝區呢？

在通信程序的執行過程中，Buffer緩衝區實例會被頻繁創建、使用、釋放。大家都知道，頻繁創建對象、內存分配、釋放內存，系統的開銷大、性能低，如何提升性能、提高Buffer實例的使用率呢？從Netty4版本開始，新增了對象池化的機制。即創建一個Buffer對象池，將沒有被引用的Buffer對象，放入對象緩存池中；當需要時，則重新從對象緩存池中取出，而不需要重新創建

引用計數的大致規則如下：

在默認情況下，當創建完一個ByteBuf時，它的引用爲1；每次調用retain()方法，它的引用就加1；每次調用release()方法，就是將引用計數減1；如果引用爲0，再次訪問這個ByteBuf對象，將會拋出異常；如果引用爲0，表示這個ByteBuf沒有哪個進程引用它，它佔用的內存需要回收。

在Netty中，引用計數爲0的緩衝區不能再繼續使用
爲了確保引用計數不會混亂，在Netty的業務處理器開發過程中，應該堅持一個原則：retain和release方法應該結對使用。
當引用計數已經爲0, Netty會進行ByteBuf的回收。分爲兩種情況：

（1）Pooled池化的ByteBuf內存，回收方法是：放入可以重新分配的ByteBuf池子，等待下一次分配。（2）Unpooled未池化的ByteBuf緩衝區，回收分爲兩種情況：如果是堆（Heap）結構緩衝，會被JVM的垃圾回收機制回收；如果是Direct類型，調用本地方法釋放外部內存（unsafe.freeMemory）

2.5 ByteBuf的Allocator分配器

Netty通過ByteBufAllocator分配器來創建緩衝區和分配內存空間。Netty提供了ByteBufAllocator的兩種實現：PoolByteBufAllocator和UnpooledByteBufAllocator。

PoolByteBufAllocator（池化ByteBuf分配器）將ByteBuf實例放入池中，提高了性能，將內存碎片減少到最小；這個池化分配器採用了jemalloc高效內存分配的策略，該策略被好幾種現代操作系統所採用。
UnpooledByteBufAllocator是普通的未池化ByteBuf分配器，它沒有把ByteBuf放入池中，每次被調用時，返回一個新的ByteBuf實例；通過Java的垃圾回收機制回收。
內存管理的策略可以靈活調整，這是使用Netty所帶來的又一個好處。只需一行簡單的配置，就能獲得到池化緩衝區帶來的好處

public class AllocatorTest {
    @Test
    public void showAlloc() {
        ByteBuf buffer = null;
        //方法一：默認分配器，分配初始容量爲9，最大容量100的緩衝
        buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(9, 100);
        //方法二：默認分配器，分配初始爲256，最大容量Integer.MAX_VALUE 的緩衝
        buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
        //方法三：非池化分配器，分配基於Java的堆內存緩衝區
        buffer = UnpooledByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer();
        //方法四：池化分配器，分配基於操作系統的管理的直接內存緩衝區
        buffer = PooledByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer();
        //…..其他方法

    }
}

根據內存的管理方不同，分爲堆緩存區和直接緩存區，也就是Heap ByteBuf和Direct ByteBuf。

2.6 ByteBuf的自動釋放

TailHandler自動釋放
如果每個InboundHandler入站處理器，把最初的ByteBuf數據包一路往下傳，那麼TailHandler末尾處理器會自動釋放掉入站的ByteBuf實例

（1）手動釋放ByteBuf。具體的方式爲調用byteBuf.release()。
（2）調用父類的入站方法將msg向後傳遞，依賴後面的處理器釋放ByteBuf。具體的方式爲調用基類的入站處理方法super.channelRead(ctx,msg)。

SimpleChannelInboundHandler自動釋放

· 手動釋放ByteBuf實例。
· 繼承SimpleChannelInboundHandler，利用它的自動釋放功能。

Netty原理與基礎（三）

1.Pipeline流水線

1.1ChanneHandlerContext上下文

1.2階段流水線的處理方式

2.ByteBuf緩衝區

2.1ByteBuf的重要屬性

2.2ByteBuf的三組方法

2.3代碼示例

2.4ByteBuf的引用計數

2.5 ByteBuf的Allocator分配器

2.6 ByteBuf的自動釋放

Window 安裝 Python 失敗 0x80070643，發生嚴重錯誤

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