10.Netty之ByteBuf介绍（二）

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[TOC]

### 一、ByteBuf组成

**ByteBuf由四部分组成**

![10.Netty之ByteBuf介绍（二）01.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/06/1142294849.png)

**说明**

+ ByteBuf 是一个字节容器，容器里面的的数据分为四个部分
  + 第一个部分是已经丢弃的字节，这部分数据是无效的；（已经读过的内容）
  + 第二部分是可读字节，这部分数据是 ByteBuf 的主体数据， 从 ByteBuf 里面读取的数据都来自这一部分;（已经写入但还未读取的内容）
  + 第三部分数据是可写字节，所有写到 ByteBuf 的数据都会写到这一段；（剩余可写入数据的空间大小）
  + 最后一部分表示的是该 ByteBuf 最多还能扩容多少容量
+ 上图中除了可扩容部分，剩下的内容是被两个指针给划分出来的，从左到右，依次是读指针（readerIndex）、写指针（writerIndex），然后还有一个变量 capacity，表示 ByteBuf 底层内存的总容量；
+ 从 ByteBuf 中每读取一个字节，readerIndex 自增1，ByteBuf 里面总共有 `writerIndex-readerIndex` 个字节可读, 由此可以推论出当 readerIndex 与 writerIndex 相等的时候，ByteBuf 不可读；
+ 写数据是从 writerIndex 指向的部分开始写，每写一个字节，writerIndex 自增1，直到增到 capacity，这个时候，表示 ByteBuf 已经不可写了；
+ ByteBuf 里面还有一个参数 maxCapacity，当向 ByteBuf 写数据的时候，如果容量不足，那么这个时候可以进行扩容，直到 capacity 扩容到 maxCapacity，超过 maxCapacity 就会报错。

### 二、读取/写入API

#### 2.1 写入

方法列表，省略一些不重要的方法

| 方法签名                                                     | 含义                   | 备注                                        |
| ------------------------------------------------------------ | ---------------------- | ------------------------------------------- |
| writeBoolean(boolean value)                                  | 写入 boolean 值        | 用一字节 `01/00` 代表 `true/false`            |
| writeByte(int value)                                         | 写入 byte 值           |                                             |
| writeShort(int value)                                        | 写入 short 值          |                                             |
| writeInt(int value)                                          | 写入 int 值            | Big Endian，即 0x250，写入后 00 00 02 50    |
| writeIntLE(int value)                                        | 写入 int 值            | Little Endian，即 0x250，写入后 50 02 00 00 |
| writeLong(long value)                                        | 写入 long 值           |                                             |
| writeChar(int value)                                         | 写入 char 值           |                                             |
| writeFloat(float value)                                      | 写入 float 值          |                                             |
| writeDouble(double value)                                    | 写入 double 值         |                                             |
| writeBytes(ByteBuf src)                                      | 写入 netty 的 ByteBuf  |                                             |
| writeBytes(byte[] src)                                       | 写入 byte[]            |                                             |
| writeBytes(ByteBuffer src)                                   | 写入 nio 的 ByteBuffer |                                             |
| int writeCharSequence(CharSequence sequence, Charset charset) | 写入字符串             |                                             |

**注意**

* 这些方法的未指明返回值的，其返回值都是 ByteBuf，意味着可以链式调用
* 网络传输，默认习惯是 Big Endian

**示例**

```java
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.ByteBufAllocator;

import static io.netty.buffer.ByteBufUtil.appendPrettyHexDump;
import static io.netty.util.internal.StringUtil.NEWLINE;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/6/12
 * Description ByteBuf写入测试
 */
public class ByteBufWriteTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建ByteBuf
        ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(16,20);
        log(buffer);
        // 向buffer中写入数据
        buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
        log(buffer);

buffer.writeInt(5);
        log(buffer);

buffer.writeIntLE(6);
        log(buffer);

buffer.writeLong(7);
        log(buffer);
    }

private static void log(ByteBuf buffer) {
        int length = buffer.readableBytes();
        int rows = length / 16 + (length % 15 == 0 ? 0 : 1) + 4;
        StringBuilder buf = new StringBuilder(rows * 80 * 2)
                .append("read index:").append(buffer.readerIndex())
                .append(" write index:").append(buffer.writerIndex())
                .append(" capacity:").append(buffer.capacity())
                .append(NEWLINE);
        appendPrettyHexDump(buf, buffer);
        System.out.println(buf.toString());
    }
}
```

**运行结果**

```
read index:0 write index:0 capacity:16

read index:0 write index:4 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04                                     |....            |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
read index:0 write index:8 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05                         |........        |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
read index:0 write index:12 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05 06 00 00 00             |............    |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
read index:0 write index:20 capacity:20
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05 06 00 00 00 00 00 00 00 |................|
|00000010| 00 00 00 07                                     |....            |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
```

还有一类方法是 **set 开头**的一系列方法，也**可以写入数据，但不会改变写指针位置**

#### 2.2 读取

| 参数                      | 含义                                                     |
| ------------------------- | -------------------------------------------------------- |
| buffer.readByte()         | 每次读取一个字节                                         |
| buffer.readInt()          | 每次读取一个整数，也就是四个字节                         |
| buffer.markReaderIndex()  | 为读指针做一个标记，配合下面的方法可以实现重复读取某个数 |
| buffer.resetReaderIndex() | 将读指针跳到上一个标记过的地方实现重复读取某个数         |

除了上面一些了read开头的方法以外，还有一系列get开头的方法也可以读取数据，只不过get开头的方法不会改变读指针位置。相当于是按索引去获取。

**示例**

如果需要**重复读取**，需要调用`buffer.markReaderIndex()`对读指针进行标记，并通过`buffer.resetReaderIndex()`将读指针恢复到mark标记的位置

```java
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.ByteBufAllocator;

import static com.lilinchao.netty.bytebuf.ByteBufWriteTest.log;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/6/12
 * Description ByteBuf读取测试
 */
public class ByteBufReadTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建ByteBuf
        ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(16, 20);

// 向buffer中写入数据
        buffer.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
        buffer.writeInt(5);
        log(buffer);
        // 读取4个字节
        System.out.println(buffer.readByte());
        System.out.println(buffer.readByte());
        System.out.println(buffer.readByte());
        System.out.println(buffer.readByte());
        log(buffer);

// 通过mark与reset实现重复读取
        buffer.markReaderIndex();
        System.out.println(buffer.readInt());
        log(buffer);

// 恢复到mark标记处
        buffer.resetReaderIndex();
        log(buffer);
    }
}
```

**运行结果**

```
read index:0 write index:8 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05                         |........        |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
1
2
3
4
read index:4 write index:8 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 00 00 00 05                                     |....            |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
5
read index:8 write index:8 capacity:16

read index:4 write index:8 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 00 00 00 05                                     |....            |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
```

### 三、扩容

从上方写入数据示例根据结果可以看到，在如下的代码中产生了动态扩容操作

```java
buffer.writeLong(7);
log(buffer);
```

**运行结果**

```
//扩容前
read index:0 write index:12 capacity:16
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05 06 00 00 00             |............    |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
//扩容后
read index:0 write index:20 capacity:20
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 01 02 03 04 00 00 00 05 06 00 00 00 00 00 00 00 |................|
|00000010| 00 00 00 07                                     |....            |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
```

**扩容规则**

* 如何写入后数据大小未超过 512，则选择下一个 16 的整数倍，例如写入后大小为 12 ，则扩容后 capacity 是 16
* 如果写入后数据大小超过 512，则选择下一个 2^n，例如写入后大小为 513，则扩容后 capacity 是 2^10=1024（2^9=512 已经不够了）
* 扩容不能超过 max capacity 会报错

标签: Netty

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