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Netty入門(一):ByteBuf

2021-08-06 06:13:10 後端開發

       網路資料的基本單位總是位元組,Java NIO 提供了 ByteBuffer 作為它的位元組容器,但是這個類使用起來過于復雜,而且也有些繁瑣,Netty 的 ByteBuffer 替代品是 ByteBuf,一個強大的實作,既解決了 JDK API 的局限性,又為網路應用程式的開發者提供了更好的 API

ByteBuf優勢

  • 它可以被用戶自定義的緩沖區型別擴展
  • 通過內置的復合緩沖區型別實作了透明的零拷貝
  • 容量可以按需增長
  • 在讀和寫這兩種模式之間切換不需要呼叫 ByteBuffer 的 flip()方法
  • 讀和寫使用了不同的索引
  • 支持方法的鏈式呼叫
  • 支持參考計數
  • 支持池化

ByteBuf實作原理

如圖ByteBuf通維護了兩個不同的索引:一個用于讀取,一個用于寫入,

當你從 ByteBuf 讀取時,它的 readerIndex 將會被遞增已經被讀取的位元組數,同樣地,當你寫入 ByteBuf 時,它的writerIndex 也會被遞增

當呼叫readBytes時,readIndex會相應移動length位,如果readIndex移動后大于writeIndex則會拋例外,

當呼叫writeBytes時,writeIndex會相應移動length位,且通過ensureWritable方法實作自動擴容

其他常用API

getBytes 獲取可讀位元組陣列
setBytes 寫入位元組
discardReadBytes 廢棄已讀位元組
mark 標記index
reset 將index重置到之前標記的位置(配合mark使用)
isReadable 如果至少有一個位元組可供讀取,則回傳 true
isWritable 如果至少有一個位元組可被寫入,則回傳 true
readableBytes 回傳可被讀取的位元組數
writableBytes 回傳可被寫入的位元組數
capacity 回傳 ByteBuf 可容納的位元組數,在此之后,它會嘗試再次擴展直到達到 maxCapacity()
maxCapacity 回傳 ByteBuf 可以容納的最大位元組數
hasArray 如果 ByteBuf 由一個位元組陣列支撐,則回傳 true
array 如果 ByteBuf 由一個位元組陣列支撐則回傳該陣列;否則,它將拋出一個UnsupportedOperationException 例外

ByteBuf緩沖分類

1、Heap buffer(堆緩沖區):

就是將資料存在JVM堆空間中,在沒有被池化的情況可以快速分配和釋放,

優點:由于資料是存盤在JVM堆中,因此可以快速的創建與快速的釋放,并且它提供了直接訪問內部位元組陣列的方法,

缺點:每次讀寫資料時,都需要先將資料復制到直接緩沖區中再進行網路傳輸,

2、Direct buffer(直接緩沖區):

直接緩沖區,在堆外直接分配記憶體空間,直接緩沖區并不會占用堆的容量空間,因為它是由作業系統在本地記憶體進行的資料分配,

優點:在使用Socket進行資料傳遞時,性能非常好,因為資料直接位于作業系統的本地記憶體中,所以不需要從JVM將資料復制到直接緩沖區中 ,

缺點:因為Direct Buffer是直接在作業系統記憶體中的,所以記憶體空間的分配與釋放要比堆空間更加復雜,而且速度要慢一些,

注意:

如果你的資料包含在一個在堆上的分配的緩沖區中,那么事實上,在通過套接字發送他之前,jvm將會在內部把你的緩沖區復制到一個直接緩沖區中;這樣分配釋放就比較浪費資源;

建議:

直接緩沖區并不支持通過位元組陣列的方式來訪問資料,對于后端業務的訊息編解碼來說,推薦使用HeapByteBuf;對于I/O通信執行緒在讀寫緩沖區時,推薦使用DirectByteBuf;

3、Composite Buffer 復合緩沖區:

可以擁有以上兩種的緩沖區,通過一種聚合視圖來操作底層持有的多種型別Buffer,這種緩沖,jdk nio是沒有這種特性的,

ByteBuf主要實作類

pooled:池化,重用ByteBuf物件

Direct:直接記憶體,內部通過ByteBuffer實作,典型裝飾模式

Heap:堆記憶體,內部持有byte陣列

(1)UnpooledDirectByteBuf:

在堆外進行記憶體分配的非記憶體池ByteBuf,內部持有ByteBuffer物件,相關操作委托給ByteBuffer實作,

(2)UnpooledHeapByteBuf:

基于堆記憶體分配非記憶體池ByteBuf,即內部持有byte陣列,

(3)UnpooledUnsafeDirectByteBuf:

和另外一個類UnpooledDirectByteBuf差不多相同,區別在于UnpooledUnsafeDirectByteBuf內部使用基于PlatformDependent相關操作實作ByteBuf,依賴平臺,

(4)ReadOnlyByteBufferBuf:

只讀ByteBuf,內部持有ByteBuffer物件,相關操作委托給ByteBuffer實作,該ByteBuf限內部使用;

(5)FixedCompositeByteBuf:

用于將多個ByteBuf組合在一起,形成一個虛擬的只讀ByteBuf物件,不允許寫入和動態擴展,內部使用Object[]將多個ByteBuf組合在一起,一旦FixedCompositeByteBuf物件構建完成,則不會被更改,

(6)CompositeByteBuf:

用于將多個ByteBuf組合在一起,形成一個虛擬的ByteBuf物件,支持讀寫和動態擴展,內部使用List組合多個ByteBuf,一般使用使用ByteBufAllocator的compositeBuffer()方法,Unpooled的工廠方法compositeBuffer()或wrappedBuffer(ByteBuf... buffers)創建CompositeByteBuf物件,

(7)PooledByteBuf:

基于記憶體池的ByteBuf,主要為了重用ByteBuf物件,提升記憶體的使用效率;適用于高負載,高并發的應用中,主要有PooledDirectByteBuf,PooledHeapByteBuf,PooledUnsafeDirectByteBuf三個子類,PooledDirectByteBuf是在堆外進行記憶體分配的記憶體池ByteBuf,PooledHeapByteBuf是基于堆記憶體分配記憶體池ByteBuf,PooledUnsafeDirectByteBuf也是在堆外進行記憶體分配的記憶體池ByteBuf,區別在于PooledUnsafeDirectByteBuf內部使用基于PlatformDependent相關操作實作ByteBuf,具有平臺相關性,

ByteBufHolder

利用組合的方式對ByteBuf進行擴展,實際應用中我們經常發現,除了實際的資料負載之外,我們還需要存盤各種屬性值,HTTP 回應便是一個很好的例子,除了表示為位元組的內容,還包括狀態碼、cookie 等,為了處理這種常見的用例,Netty 提供了 ByteBufHolder,ByteBufHolder 也為 Netty 的高級特性提供了支持,如緩沖區池化,其中可以從池中借用 ByteBuf,并且在需要時自動釋放,

ByteBufAllocator

為了降低分配和釋放記憶體的開銷,Netty 通過 ByteBufAllocator 實作了(ByteBuf 的)池化,它可以用來分配我們所描述過的任意型別的 ByteBuf 實體,Netty提供了兩種ByteBufAllocator的實作:PooledByteBufAllocator和UnpooledByteBufAllocator,前者池化了ByteBuf的實體以提高性能并最大限度地減少記憶體碎片,

ReferenceCounted

類似GC參考計數法,Netty中ByteBuf和ByteBufHolder都實作了該介面,其主要通過方法retain(release)來增加(減少)資源被參考的次數,當參考為0時,代表該資源可以被釋放,

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