从零开始学习Netty - 学习笔记 -Netty入门【ByteBuf】

2024-03-01 15:20
文章标签 学习 入门 笔记 从零开始 netty bytebuf

本文主要是介绍从零开始学习Netty - 学习笔记 -Netty入门【ByteBuf】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

5.2.4.ByteBuf

ByteBuf 是 Netty 框架中用于处理字节数据的一个核心类。它提供了一个灵活而高效的方式来处理字节数据，适用于网络编程和其他需要处理字节数据的场景。

ByteBuf的特点

  1. 可扩展性： ByteBuf 支持动态扩容，可以根据需要自动增长容量。
  2. 快速索引： 通过索引可以快速访问数据，而不需要像 ByteBuffer 那样手动调整 position 和 limit。
  3. 直接内存访问： 可以使用基于直接内存的 ByteBuf，这在某些情况下可以提高性能。
  4. 支持复合缓冲区： ByteBuf 支持将多个 ByteBuf 组合成一个逻辑上的 ByteBuf，这对于处理复杂的数据结构非常有用。
  5. 丰富的操作： 提供了许多方便的方法来读写不同类型的数据，如字节、整数、长整数、字符串等。
5.2.4.1.创建
// 默认容量是256
ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
// 如果不传参数 那么就是默认10 (池化基于直接内存的ByteBuf)
ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);

public class ByteBufTest {private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MethodHandles.lookup().lookupClass());@Test@DisplayName("测试ByteBuf")public void test1() {// 可以动态扩容的缓冲区，相对于ByteBuffer来说，更加灵活,ByteBuffer如果超过容量那么就会抛出异常// 默认容量是256ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();logger.error("buf = {}", buf);// 模拟数据 此时 写入 400个字节StringBuffer sb = new StringBuffer();for (int i = 0; i < 400; i++) {sb.append(i);}// 向缓冲区写入数据buf.writeBytes(sb.toString().getBytes());// 再次观察ByteBuf容量logger.error("buf = {}", buf);}
}

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5.2.4.2.直接内存 VS 堆内存
// 创建池化 基于堆的ByteBuf
ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(10);// 创建基于直接内存的ByteBuf
ByteBuf buf1 = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer(10);
  • 直接内存 创建和销毁代价昂贵，但是读写性能高，少一次内存复制，适合池化功能一起使用
  • 直接内存对GC压力小，因为这部分不受JVM垃圾回收管理，但是也要注意及时主动释放
  • netty中默认使用的是直接内存（就是 .buffer()）
5.2.4.3.池化 VS 非池化

池化的最大意义可以重复使用ByteBuf

  1. 减少内存碎片化： 重复使用已分配的内存可以减少内存碎片化，因为不需要频繁地申请和释放小块内存，从而提高了内存利用率。
  2. 降低内存分配和释放的开销： 内存分配和释放是一项开销较大的操作。通过池化，可以避免频繁地进行这些操作，从而减少了系统的负担。
  3. 提高性能： 重复使用已分配的 ByteBuf 可以减少系统调用，并且能够更好地利用缓存，从而提高了系统的整体性能。
  4. 避免内存泄漏： 在某些情况下，由于未正确释放内存，会导致内存泄漏问题。通过使用池化，可以更好地控制和管理内存的生命周期，避免内存泄漏的发生。
  5. **重用ByteBuf：**有了池化重用ByteBuf实例，并且采用了和 jemalloc类似的内存分配算法提高效率
-Dio.netty.allocator.type = {unpooled | pooled}
# 默认是开启的
// 创建池化 基于堆的ByteBuf
ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);
// 通过打印class 可以观察是否池化
logger.error("{}", buf.getClass());
// 创建池化 基于堆的ByteBuf
ByteBuf buf2 = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(10);
// 通过打印class 可以观察是否池化
logger.error("{}", buf2.getClass());

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5.2.4.3.组成

ByteBuf有四部分组成 最开始读写指针都在0的位置

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5.2.4.4.写入

下面是常用的ByteBuf写入方法

方法描述
writeBoolean(boolean value)写入一个布尔值。 01 代表True 00 代表 False
writeByte(int value)写入一个字节。
writeShort(int value)写入一个短整型值（2个字节）。
writeMedium(int value)写入一个中等长度的整型值（3个字节）。
writeInt(int value)写入一个整型值（4个字节）。 大端写，先写入高位（一般采用大端写）
writeLong(long value)写入一个长整型值（8个字节）。
writeFloat(float value)写入一个单精度浮点数值（4个字节）。
writeDouble(double value)写入一个双精度浮点数值（8个字节）。
writeBytes(byte[] src)将字节数组的所有字节写入此缓冲区。
writeBytes(ByteBuf src)将另一个ByteBuf的所有字节写入此缓冲区。（可以写入Nio中的ByteBuffer）
writeBytes(ByteBuf src, int length)将另一个ByteBuf的指定长度字节写入此缓冲区。
writeChar(int value)写入一个字符值（2个字节）。
writeCharSequence(CharSequence sequence, Charset charset)使用指定的字符集编码将字符序列写入缓冲区。(写入的时候需要指定字符集)
writeShortLE(int value)将一个短整型值（2个字节）以little-endian顺序写入。
writeMediumLE(int value)将一个中等长度的整型值（3个字节）以little-endian顺序写入。（小端写，先写低位）
writeIntLE(int value)将一个整型值（4个字节）以little-endian顺序写入。
writeLongLE(long value)将一个长整型值（8个字节）以little-endian顺序写入。
writeCharSequence(CharSequence sequence, Charset charset)使用指定的字符集编码将字符序列写入缓

测试

write方法

@Testpublic void testWrite() {ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);// 写入数据ByteBuf buf = buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4, 5});log(buf);// 再次写入ByteBuf buf1 = buf.writeInt(6);log(buf1);}public void log(ByteBuf buf) {// 可以打印二进制的 工具类 方便查看ByteBufint lengths = buf.readableBytes();int rows = lengths / 16 + (lengths % 15 == 0 ? 0 : 1) + 4;StringBuilder sb = new StringBuilder(rows * 80 * 2);sb.append("read index:").append(buf.readerIndex()).append(" write index:").append(buf.writerIndex()).append("\n").append(NEWLINE);appendPrettyHexDump(sb, buf);logger.error("\n{}", sb.toString());}

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set方法,也可以写入数据 但是不会改变指针的位置

	@Testpublic void testWrite2() {ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);// 写入数据ByteBuf buf = buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4, 5});log(buf);// 在指定位置写入ByteBuf buf1 = buf.setByte(1, 1);log(buf1);}

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5.2.4.5.扩容

ByteBuf 的扩容计算公式通常遵循一个指数级增长的规律，即每次扩容后的容量是前一次的两倍。通常情况下，ByteBuf 的扩容计算公式可以用以下简单的表达式表示：

如果当前容量（capacity）小于 512 字节，则每次扩容的增量为 16 字节。

如果当前容量大于等于 512 字节，但小于 1024 字节，则每次扩容的增量为 64 字节。

如果当前容量大于等于 1024 字节，但小于 2048 字节，则每次扩容的增量为 128 字节。

对于更大的容量，增量的大小也会相应增加，但增长速率仍然保持指数级增长的规律。

ByteBuf 的扩容计算公式可以简化为以下形式：

# 扩容后的容量 = 上一次容量 * 2扩容不能超过最大容量 max capacity 默认最大容量是整数的最大值
5.2.4.6.读取

以下是常用的 ByteBuf 读取数据的方法

方法描述
readBoolean()从缓冲区读取一个布尔值。
readByte()从缓冲区读取一个字节。
readShort()从缓冲区读取一个短整数值（2个字节）。
readMedium()从缓冲区读取一个中等长度的整数值（3个字节）。
readInt()从缓冲区读取一个整数值（4个字节）。
readLong()从缓冲区读取一个长整数值（8个字节）。
readFloat()从缓冲区读取一个单精度浮点数值（4个字节）。
readDouble()从缓冲区读取一个双精度浮点数值（8个字节）。
readBytes(int length)从缓冲区读取指定长度的字节数组。
readBytes(byte[] dst)从缓冲区读取字节数组，将读取的数据写入给定的目标字节数组。
readBytes(ByteBuf dst)从缓冲区读取数据，并将读取的数据写入给定的目标 ByteBuf。
readChar()从缓冲区读取一个字符值（2个字节）。
readCharSequence(int length, Charset charset)从缓冲区读取指定长度的字符序列，使用指定的字符集解码。
readShortLE()以 little-endian 顺序从缓冲区读取一个短整数值（2个字节）。
readMediumLE()以 little-endian 顺序从缓冲区读取一个中等长度的整数值（3个字节）。
readIntLE()以 little-endian 顺序从缓冲区读取一个整数值（4个字节）。
readLongLE()以 little-endian 顺序从缓冲区读取一个长整数值（8个字节）。
	@Testpublic void read1() {ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);// 写入数据ByteBuf buf = buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4, 5});log(buf);// 读取数据// 例如读取一个字节 读取一个字节后，读指针会向后移动一个字节byte s1 = buf.readByte();log(buf);byte s2 = buf.readByte();log(buf);byte s3 = buf.readByte();log(buf);}

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5.2.4.7.内存释放

retain & release

涉及到 Netty 中的堆外内存和堆内内存的 ByteBuf 实现时，需要注意以下几点：

  1. 堆外内存的 ByteBuf 实现：
    • 使用操作系统的内存而不是 JVM 堆内存。
    • 需要手动释放资源，最好不要依赖 Java 垃圾回收机制。
    • 调用 release() 方法来释放资源，确保在适当的时候释放内存。
  2. 堆内内存的 ByteBuf 实现（例如 UnpooledHeapByteBuf）：
    • 使用 JVM 堆内存。
    • 内存分配和释放受 Java 垃圾回收器的管理。
    • 不需要手动调用 release() 方法来释放资源，可以依赖于 Java 垃圾回收器的自动内存管理。
  3. 直接内存的ByteBuf实现（例如UnpooledDirectByteBuf）
    • UnpooledDirectByteBuf 是 Netty 提供的另一种 ByteBuf 实现，它使用的是堆外内存，即直接内存，而不是 JVM 堆内存。
    • 直接内存分配在堆外，可以通过系统调用直接与物理内存交互，因此避免了数据在堆内存和直接内存之间的复制开销，提高了 I/O 操作的效率。
    • 与 UnpooledHeapByteBuf 不同，UnpooledDirectByteBuf 的内存分配和释放不受 Java 垃圾回收器的管理，因此需要手动调用 release() 方法来释放资源。
    • UnpooledDirectByteBuf 适用于需要处理大量数据或者对内存使用有严格要求的场景，可以有效地提高系统的性能和吞吐量。
  4. 池化机制（例如PooledByteBuf和他的子类使用了池化机制）
    1. PooledByteBuf 及其子类是 Netty 中使用池化机制的实现。
    2. 它们继承自 ByteBuf，提供了一种基于池化技术的内存分配和管理方式。
    3. 当需要创建新的 ByteBuf 实例时，PooledByteBufAllocator 会从预先分配的池中获取已分配的 ByteBuf 实例，而不是每次都进行新的内存分配。
    4. 当 ByteBuf 实例不再被使用时，它们会被归还给池，而不是被立即释放，以便重复利用。
  5. 释放堆外内存的建议：
    • 在处理堆外内存的 ByteBuf 时，及时调用 release() 方法是非常重要的。
    • 如果不及时释放资源，可能会导致内存泄漏或者系统内存耗尽的问题。
  6. 注意事项：
    • 要注意在使用完毕后调用 release() 方法释放资源。
    • 对于堆外内存的 ByteBuf，要注意避免资源泄漏，及时释放资源是必要的。
    • 对于堆内内存的 ByteBuf，则可以依赖 Java 垃圾回收器的自动管理，不需要手动释放资源。

Netty 中的引用计数（Reference Counting）机制是一种用于管理资源的技术，它主要用于管理 ByteBuf 和其他对象的生命周期，确保资源在合适的时候释放，以避免内存泄漏和错误的引用。(原理如下)

  1. 初始引用计数为 1： 当创建一个新的对象（如 ByteBuf）时，它的引用计数会初始化为 1。
  2. retain() 方法增加引用计数： 每当有一个新的引用指向该对象时，可以调用对象的 retain() 方法来增加引用计数。这样，对象的引用计数就会增加，表示有多个引用指向了该对象。
  3. release() 方法减少引用计数： 当不再需要该对象时，可以调用对象的 release() 方法来减少引用计数。每次调用 release() 方法，引用计数会减一。当引用计数减少到 0 时，表示没有任何引用指向该对象，可以释放该对象的资源了。
  4. 释放资源： 当对象的引用计数减少到 0 时，表示没有任何引用指向该对象，可以安全地释放该对象的资源，例如释放 ByteBuf 的内存资源。

在 Netty 中，Pipeline 中的数据处理遵循一定的规则。这些规则有助于确保数据在 Pipeline 中的正确处理和传递。以下是一些常见的规则：

  1. 顺序处理： 数据在 Pipeline 中按照添加 ChannelHandler 的顺序依次处理。即数据从头部（入站）或尾部（出站）进入 Pipeline，然后依次经过每个 ChannelHandler 处理。

  2. 入站和出站分离： Pipeline 中的 ChannelHandler 可以处理入站数据、出站数据，或同时处理两者。入站数据指的是从远程端到本地端的数据流，而出站数据则相反。

  3. 适配器模式： Netty 中的 ChannelHandler 通常采用适配器模式实现，这意味着你只需要实现你感兴趣的方法，而不需要实现所有的方法。例如，ChannelInboundHandlerAdapter 和 ChannelOutboundHandlerAdapter 提供了默认的方法实现，你只需要覆盖你关心的方法即可。

  4. 数据流向： 在 Pipeline 中，数据的流向可以是双向的，也可以是单向的。双向的数据流向允许数据在入站和出站之间相互传递，而单向的数据流向只允许数据在一个方向上传递。

  5. 最后处理者负责： Pipeline 中的最后一个 ChannelHandler 负责处理最终的数据。这意味着在 Pipeline 中，最后一个 ChannelHandler 是最后的处理者，负责生成最终的响应或执行最终的操作。

    例如：因为pipeline的存在，一般需要将ByteBuf传递给下一个ChannelHandler,如果再finally中release了，那么就失去了传递性，如果当前ChannelHandler的ByteBuf已经完成了使命，那么就不需要传递了

    基本规则是：谁最后使用，谁负责release

  6. 异常处理： Pipeline 中的异常处理也遵循一定的规则，异常会被传递给 Pipeline 中的下一个异常处理器，直到被处理或者传递到 ChannelPipeline 的末端。

这些规则帮助开发者更好地理解和管理 Pipeline 中的数据处理流程，确保数据能够正确地在 Pipeline 中流动和被处理。

5.2.4.8.零拷贝
slice

零拷贝的体现之一，对原始ByteBuf进行切片成多个ByteBuf，切片后的ByteBuf并没发生内存复制，还是要使用原始的ByteBuf的内存，切片后的ByteBuf维护独立的read,write指针

slice() 方法是 Netty 中 ByteBuf 类提供的一个功能强大的方法，它允许你创建一个新的 ByteBuf 实例，该实例与原始的 ByteBuf 共享数据，但是具有自己的读写指针。这意味着你可以在不复制数据的情况下，使用相同的数据块来创建一个新的 ByteBuf 实例，从而节省内存和提高性能。

以下是关于 slice() 方法的详细说明：

  1. 创建新的 ByteBuf 实例： 调用 slice() 方法将会创建一个新的 ByteBuf 实例，这个新实例与原始的 ByteBuf 共享相同的数据数组。
  2. 共享数据： 切片（sliced）的 ByteBuf 与原始的 ByteBuf 共享相同的数据，这意味着它们指向相同的内存区域。
  3. 独立的读写指针： 尽管切片 ByteBuf 与原始的 ByteBuf 共享相同的数据，但它们具有独立的读写指针。这意味着对切片 ByteBuf 的读写操作不会影响原始 ByteBuf 的读写指针位置，反之亦然。
  4. 修改数据的影响： 如果你修改了切片 ByteBuf 中的数据，那么对应位置的数据也会在原始的 ByteBuf 中被修改，因为它们共享相同的数据数组。
  5. 切片范围： 可以通过传递参数来定义切片的范围。如果没有指定参数，切片将从原始 ByteBuf 的读指针位置到其写指针位置。

使用 slice() 方法，你可以非常高效地操作数据，尤其是在需要处理大数据块时。然而，需要注意的是，对切片 ByteBuf 中的数据的修改可能会影响原始 ByteBuf 中相应位置的数据，因为它们共享相同的数据。

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简单使用

@Test
public void test3() {// 创建莫模拟数据ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(10);buffer.writeBytes(new byte[]{'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j'});log(buffer);// 对数据进行切片// 在切片的过程中，并没发生数据复制 效率更高ByteBuf f1 = buffer.slice(0, 5);// 新加f1.retain();ByteBuf f2 = buffer.slice(5, 5);log(f1);log(f2);// 释放原有ByteBuf内存buffer.release();// 切片的数据会被释放，原始的数据被释放掉，切片的数据也会被释放掉log(f1);}

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duplicate

duplicate() 方法是 Netty 中 ByteBuf 类提供的一个重要方法，它用于创建一个当前 ByteBuf 的副本。这个副本包含了与原始 ByteBuf 相同的数据，但具有独立的读写指针。换句话说，duplicate() 方法允许你创建一个与原始 ByteBuf 共享数据，但具有自己的读写指针的新 ByteBuf 实例。

以下是关于 duplicate() 方法的一些关键点：

  1. 创建副本： 调用 duplicate() 方法将会创建一个新的 ByteBuf 实例，这个实例包含了与原始 ByteBuf 相同的数据。
  2. 共享数据： 新创建的 ByteBuf 实例与原始的 ByteBuf 共享相同的数据，这意味着它们指向相同的内存区域。
  3. 独立的读写指针： 尽管副本 ByteBuf 与原始的 ByteBuf 共享相同的数据，但它们具有独立的读写指针。这意味着对副本 ByteBuf 的读写操作不会影响原始 ByteBuf 的读写指针位置，反之亦然。
  4. 修改数据的影响： 如果你修改了副本 ByteBuf 中的数据，那么对应位置的数据也会在原始的 ByteBuf 中被修改，因为它们共享相同的数据数组。
  5. 创建快照： duplicate() 方法可以用于创建当前 ByteBuf 的一个快照，允许你在不影响原始 ByteBuf 的情况下进行读写操作。

使用 duplicate() 方法，你可以非常方便地操作数据，尤其是在需要在不同的位置同时读取相同数据或者处理部分数据时。然而，需要注意的是，对副本 ByteBuf 中的数据的修改可能会影响原始 ByteBuf 中相应位置的数据，因为它们共享相同的数据。因此，在修改副本数据时需要谨慎操作，确保不会产生意外的结果。

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copy

copy() 方法是 Netty 中 ByteBuf 类提供的另一个重要方法，它用于创建一个当前 ByteBuf 的完全独立的副本。与 duplicate() 方法不同，copy() 方法创建的副本包含了与原始 ByteBuf 相同的数据，但是数据存储在完全不同的内存区域，而且副本具有独立的读写指针。

以下是关于 copy() 方法的要点：

  1. 创建完全独立的副本： 调用 copy() 方法将会创建一个新的 ByteBuf 实例，这个实例包含了与原始 ByteBuf 相同的数据，但是数据存储在完全不同的内存区域。
  2. 独立的数据存储： 新创建的 ByteBuf 实例与原始的 ByteBuf 完全独立，它们的数据存储在不同的内存区域，相互之间不共享任何数据。
  3. 独立的读写指针： 新创建的 ByteBuf 实例具有独立的读写指针，因此对副本 ByteBuf 的读写操作不会影响原始 ByteBuf 的读写指针位置，反之亦然。
  4. 数据复制操作： copy() 方法会将原始 ByteBuf 中的数据复制到新创建的副本 ByteBuf 中，这意味着对副本 ByteBuf 的任何修改都不会影响原始 ByteBuf 中的数据。

使用 copy() 方法，你可以创建一个完全独立的副本 ByteBuf，并对副本进行任何修改操作，而不会影响原始 ByteBuf。这对于需要在不同的上下文中独立处理相同数据的情况非常有用。然而，需要注意的是，由于数据的复制操作，copy() 方法可能会产生额外的内存开销，因此在处理大数据量时需要谨慎使用。

5.2.4.9.ByteBuf 的优势包括：
  1. 灵活性： 提供了丰富的 API，便于数据操作。
  2. 可扩展性： 支持多种实现，适用于不同的场景需求。
  3. 内存管理： 提供了灵活的内存管理机制，避免了内存泄漏和频繁的垃圾回收操作。
  4. 性能优化： 考虑了性能优化，能够在高并发、大数据量的情况下保持较好的性能。
  5. 附加功能： 提供了许多附加功能，如编解码支持、访问控制、数据合并等，方便数据处理和操做

这篇关于从零开始学习Netty - 学习笔记 -Netty入门【ByteBuf】的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/762908。

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