簡介
netty中用於進行信息承載和交流的類叫做ByteBuf，從名字可以看出這是Byte的緩存區，那麼ByteBuf都有哪些特性呢？一起來看看。
ByteBuf詳解
netty提供了一個io.netty.buffer的包，該包裏面定義了各種類型的ByteBuf和其衍生的類型。
netty Buffer的基礎是ByteBuf類，這是一個抽象類，其他的Buffer類基本上都是由該類衍生而得的，這個類也定義了netty整體Buffer的基調。
先來看下ByteBuf的定義：
public abstract class ByteBuf implements ReferenceCounted, Comparable<ByteBuf> {
ByteBuf實現了兩個接口，分別是ReferenceCounted和Comparable。Comparable是JDK自帶的接口，表示該類之間是可以進行比較的。而ReferenceCounted表示的是對象的引用統計。當一個ReferenceCounted被實例化之後，其引用count=1，每次調用retain() 方法，就會增加count，調用release() 方法又會減少count。當count減爲0之後，對象將會被釋放，如果試圖訪問被釋放過後的對象，則會報訪問異常。
如果一個對象實現了ReferenceCounted，並且這個對象裏面包含的其他對象也實現了ReferenceCounted，那麼當容器對象的count=0的時候，其內部的其他對象也會被調用release()方法進行釋放。
綜上，ByteBuf是一個可以比較的，可以計算引用次數的對象。他提供了序列或者隨機的byte訪問機制。
注意的是，雖然JDK中有自帶的ByteBuffer類，但是netty中的 ByteBuf 算是對Byte Buffer的重新實現。他們沒有關聯關係。
創建一個Buff
ByteBuf是一個抽象類，並不能直接用來實例化，雖然可以使用ByteBuf的子類進行實例化操作，但是netty並不推薦。netty推薦使用io.netty.buffer.Unpooled來進行Buff的創建工作。Unpooled是一個工具類，可以爲ByteBuf分配空間、拷貝或者封裝操作。
下面是創建幾個不同ByteBuf的例子：
import static io.netty.buffer.Unpooled.*;
ByteBuf heapBuffer = buffer(128);
ByteBuf directBuffer = directBuffer(256);
ByteBuf wrappedBuffer = wrappedBuffer(new byte[128], new byte[256]);
ByteBuf copiedBuffer = copiedBuffer(ByteBuffer.allocate(128));
上面我們看到了4種不同的buff構建方式，普通的buff、directBuffer、wrappedBuffer和copiedBuffer。
普通的buff是固定大小的堆buff，而directBuffer是固定大小的direct buff。direct buff使用的是堆外內存，省去了數據到內核的拷貝，因此效率比普通的buff要高。
wrappedBuffer是對現有的byte arrays或者byte buffers的封裝，可以看做是一個視圖，當底層的數據發生變化的時候，Wrapped buffer中的數據也會發生變化。
Copied buffer是對現有的byte arrays、byte buffers 或者 string的深拷貝，所以它和wrappedBuffer是不同的，Copied buffer和原數據之間並不共享數據。
隨機訪問Buff
熟悉集合的朋友應該都知道，要想隨機訪問某個集合，一定是通過index來訪問的，ByteBuf也一樣，可以通過capacity或得其容量，然後通過getByte方法隨機訪問其中的byte，如下所示：
//隨機訪問
ByteBuf buffer = heapBuffer;
for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i ++) {
byte b = buffer.getByte(i);
System.out.println((char) b);
}
序列讀寫
讀寫要比訪問複雜一點，ByteBuf 提供了兩個index用來定位讀和寫的位置，分別是readerIndex 和 writerIndex ，兩個index分別控制讀和寫的位置。
下圖顯示的一個buffer被分成了三部分，分別是可廢棄的bytes、可讀的bytes和可寫的bytes。
+-------------------+------------------+------------------+
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
| | (CONTENT) | |
+-------------------+------------------+------------------+
| | | |
0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
上圖還表明了readerIndex、writerIndex和capacity的大小關係。
其中readable bytes是真正的內容，可以通過調用read* 或者skip* 的方法來進行訪問或者跳過，調用這些方法的時候，readerIndex會同步增加，如果超出了readable bytes的範圍，則會拋出IndexOutOfBoundsException。默認情況下readerIndex=0。
下面是一個遍歷readable bytes的例子：
//遍歷readable bytes
while (directBuffer.isReadable()) {
System.out.println(directBuffer.readByte());
}
首先通過判斷是否是readable來決定是否調用readByte方法。
Writable bytes是一個未確定的區域，等待被填充。可以通過調用write*方法對其操作，同時writerIndex 會同步更新，同樣的，如果空間不夠的話，也會拋出IndexOutOfBoundsException。默認情況下 新分配的writerIndex =0 ，而wrapped 或者copied buffer的writerIndex=buf的capacity。
下面是一個使用writable Byte的例子：
//寫入writable bytes
while (wrappedBuffer.maxWritableBytes() >= 4) {
wrappedBuffer.writeInt(new Random().nextInt());
}
Discardable bytes是已經被讀取過的bytes，初始情況下它的值=0，每當readerIndex右移的時候，Discardable bytes的空間就會增加。如果想要完全刪除或重置Discardable bytes，則可以調用discardReadBytes()方法，該方法會將Discardable bytes空間刪除，將多餘的空間放到writable bytes中，如下所示：
調用 discardReadBytes() 之前：
+-------------------+------------------+------------------+
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
+-------------------+------------------+------------------+
| | | |
0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
調用 discardReadBytes()之後：
+------------------+--------------------------------------+
| readable bytes | writable bytes (got more space) |
+------------------+--------------------------------------+
| | |
readerIndex (0) <= writerIndex (decreased) <= capacity
注意，雖然writable bytes變多了，但是其內容是不可控的，並不能保證裏面的內容是空的或者不變。
調用clear()方法會將readerIndex 和 writerIndex 清零，注意clear方法只會設置readerIndex 和 writerIndex 的值，並不會清空content，看下面的示意圖：
調用 clear()之前：
+-------------------+------------------+------------------+
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
+-------------------+------------------+------------------+
| | | |
0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity
調用 clear()之後：
+---------------------------------------------------------+
| writable bytes (got more space) |
+---------------------------------------------------------+
| |
0 = readerIndex = writerIndex <= capacity
搜索
ByteBuf提供了單個byte的搜索功能，如 indexOf(int, int, byte) 和 bytesBefore(int, int, byte)兩個方法。
如果是要對ByteBuf遍歷進行搜索處理的話，可以使用 forEachByte(int, int, ByteProcessor)，這個方法接收一個ByteProcessor用於進行復雜的處理。
其他衍生buffer方法
ByteBuf還提供了很多方法用來創建衍生的buffer，如下所示：
duplicate()
slice()
slice(int, int)
readSlice(int)
retainedDuplicate()
retainedSlice()
retainedSlice(int, int)
readRetainedSlice(int)
要注意的是，這些buf是建立在現有buf基礎上的衍生品，他們的底層內容是一樣的，只有readerIndex, writerIndex 和做標記的index不一樣。所以他們和原buf是有共享數據的。如果你希望的是新建一個全新的buffer，那麼可以使用copy()方法或者前面提到的Unpooled.copiedBuffer。
在前面小節中，我們講到ByteBuf是一個ReferenceCounted,這個特徵在衍生buf中就用到了。我們知道調用retain() 方法的時候，引用count會增加，但是對於 duplicate(), slice(), slice(int, int) 和 readSlice(int) 這些方法來說，雖然他們也是引用，但是沒有調用retain()方法，這樣原始數據會在任意一個Buf調用release()方法之後被回收。
如果不想有上面的副作用，那麼可以將方法替換成retainedDuplicate(), retainedSlice(), retainedSlice(int, int) 和 readRetainedSlice(int) ，這些方法會調用retain()方法以增加一個引用。
和現有JDK類型的轉換
之前提到了ByteBuf 是對ByteBuffer的重寫，他們是不同的實現。雖然這兩個不同，但是不妨礙將ByteBuf轉換ByteBuffer。
當然，最簡單的轉換是把ByteBuf轉換成byte數組byte[]。要想轉換成byte數組，可以先調用hasArray() 進行判斷，然後再調用array()方法進行轉換。
同樣的ByteBuf還可以轉換成爲ByteBuffer ，可以先調用 nioBufferCount()判斷能夠轉換成爲 ByteBuffers的個數，再調用nioBuffer() 進行轉換。
返回的ByteBuffer是對現有buf的共享或者複製，對返回之後buffer的position和limit修改不會影響到原buf。
最後，使用toString(Charset) 方法可以將ByteBuf轉換成爲String。
總結
ByteBuf是netty的底層基礎，是傳輸數據的承載對象，深入理解ByteBuf就可以搞懂netty的設計思想，非常不錯。
本文的例子可以參考：learn-netty4
本文已收錄於 http://www.flydean.com/02-netty-bytebuf/
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