深入研究Netty框架之ByteBuf类继承结构

ByteBuf类继承关系图如下：

ReferenceCounted：对象引用计数器，初始化ReferenceCounted对象时，引用数量refCnt为1，调用retain()可增加refCnt，release()用于减少refCnt。refCnt为1时，说明对象实际不可达，release()方法将立即调用deallocate()释放对象。如果refCnt为0，说明对象被错误的引用。在AbstractReferenceCountedByteBuf源码分析小节将详细介绍ReferenceCounted的原理。

ByteBuf：实现接口ReferenceCounted和Comparable，实现ReferenceCounted使得ByteBuf具备引用计数的能力，方便跟踪ByteBuf对象分配和释放。

• ByteBuf直接子类

EmptyByteBuf：用于构建空ByteBuf对象，capacity和maxCapacity均为0。

ReplayingDecoderBuffer：用于构建在IO阻塞条件下实现无阻塞解码的特殊ByteBuf对象，当要读取的数据还未接收完全时，抛出异常，交由ReplayingDecoder处理。

SwappedByteBuf：用于构建具有切换字节顺序功能的ByteBuf对象，默认ByteBuf对象使用BIG_ENDIAN（大字节序）存储数据，SwappedByteBuf可以在BIG_ENDIAN和LITTLE_ENDIAN之间自由切换。TCP/IP各层协议均采用网络字节序（BIG_ENDIAN），关于字节序的更多内容不详细介绍。

WrappedByteBuf：用于装饰ByteBuf对象，主要有AdvancedLeakAwareByteBuf、SimpleLeakAwareByteBuf和UnreleasableByteBuf三个子类。这里WrappedByteBuf使用装饰者模式装饰ByteBuf对象，AdvancedLeakAwareByteBuf用于对所有操作记录堆栈信息，方便监控内存泄漏；SimpleLeakAwareByteBuf只记录order(ByteOrder endianness)的堆栈信息；UnreleasableByteBuf用于阻止修改对象引用计数器refCnt的值。

AbstractByteBuf：提供ByteBuf的默认实现，同时组合ResourceLeakDetector和SwappedByteBuf的能力，ResourceLeakDetector是内存泄漏检测工具，SwappedByteBuf用于字节序不同时转换字节序。

• AbstractByteBuf直接子类

AbstractDerivedByteBuf：提供派生ByteBuf的默认实现，主要有DuplicatedByteBuf、ReadOnlyByteBuf和SlicedByteBuf。

DuplicatedByteBuf使用装饰者模式创建ByteBuf的复制对象，使得复制后的对象与原对象共享缓冲区的内容，但是独立维护自己的readerIndex和writerIndex。部分源码如下：

    private final ByteBuf buffer;    public DuplicatedByteBuf(ByteBuf buffer) {        super(buffer.maxCapacity());        //共享缓冲区内容        if (buffer instanceof DuplicatedByteBuf) {            this.buffer = ((DuplicatedByteBuf) buffer).buffer;        } else {            this.buffer = buffer;        }        //调用自身的setIndex方法维护readerIndex和writerIndex        setIndex(buffer.readerIndex(), buffer.writerIndex());    }    //所有操作都是通过调用被装饰对象buffer的相应方法实现    @Override    public ByteBuf getBytes(int index, ByteBuf dst, int dstIndex, int length) {        buffer.getBytes(index, dst, dstIndex, length);        return this;    }    @Override    public ByteBuf getBytes(int index, byte[] dst, int dstIndex, int length) {        buffer.getBytes(index, dst, dstIndex, length);        return this;    }

ReadOnlyByteBuf使用装饰者模式创建ByteBuf的只读对象，该只读对象与原对象共享缓冲区的内容，但是独立维护自己的readerIndex和writerIndex，之后所有的写操作都被限制；部分源码如下：

    private final ByteBuf buffer;    public ReadOnlyByteBuf(ByteBuf buffer) {        super(buffer.maxCapacity());        if (buffer instanceof ReadOnlyByteBuf || buffer instanceof DuplicatedByteBuf) {            this.buffer = buffer.unwrap();        } else {            this.buffer = buffer;        }        setIndex(buffer.readerIndex(), buffer.writerIndex());    }    @Override    protected void _setLong(int index, long value) {        throw new ReadOnlyBufferException();    }    @Override    public int setBytes(int index, InputStream in, int length) {        throw new ReadOnlyBufferException();    }

SlicedByteBuf使用装饰者模式创建ByteBuf的一个子区域ByteBuf对象，返回的ByteBuf对象与当前ByteBuf对象共享缓冲区的内容，但是维护自己独立的readerIndex和writerIndex，允许写操作。

AbstractReferenceCountedByteBuf：提供修改对象引用计数器相关操作的默认实现。

• AbstractReferenceCountedByteBuf直接子类

CompositeByteBuf：用于将多个ByteBuf组合在一起，形成一个虚拟的ByteBuf对象，支持读写和动态扩展。内部使用List<Component>组合多个ByteBuf。推荐使用ByteBufAllocator的compositeBuffer()方法，Unpooled的工厂方法compositeBuffer()或wrappedBuffer(ByteBuf... buffers)创建CompositeByteBuf对象。

FixedCompositeByteBuf：用于将多个ByteBuf组合在一起，形成一个虚拟的只读ByteBuf对象，不允许写入和动态扩展。内部使用Object[]将多个ByteBuf组合在一起，一旦FixedCompositeByteBuf对象构建完成，则不会被更改。

PooledByteBuf<T>：基于内存池的ByteBuf，主要为了重用ByteBuf对象，提升内存的使用效率；适用于高负载，高并发的应用中。主要有PooledDirectByteBuf，PooledHeapByteBuf，PooledUnsafeDirectByteBuf三个子类，PooledDirectByteBuf是在堆外进行内存分配的内存池ByteBuf，PooledHeapByteBuf是基于堆内存分配内存池ByteBuf，PooledUnsafeDirectByteBuf也是在堆外进行内存分配的内存池ByteBuf，区别在于PooledUnsafeDirectByteBuf内部使用基于PlatformDependent相关操作实现ByteBuf，具有平台相关性。

ReadOnlyByteBufferBuf：只读ByteBuf，内部持有ByteBuffer对象，相关操作委托给ByteBuffer实现，该ByteBuf限内部使用，ReadOnlyByteBufferBuf还有一个子类ReadOnlyUnsafeDirectByteBuf。

UnpooledDirectByteBuf：在堆外进行内存分配的非内存池ByteBuf，内部持有ByteBuffer对象，相关操作委托给ByteBuffer实现。

UnpooledHeapByteBuf：基于堆内存分配非内存池ByteBuf，即内部持有byte数组。

UnpooledUnsafeDirectByteBuf：与UnpooledDirectByteBuf相同，区别在于UnpooledUnsafeDirectByteBuf内部使用基于PlatformDependent相关操作实现ByteBuf，具有平台相关性。

到此，ByteBuf继承家族的各个成员对应的相关功能已介绍完成。

总结：

从内存分配角度看，ByteBuf主要分为两类：

• 堆内存（HeapByteBuf）字节缓冲区：特点是内存的分配和回收速度快，可以被JVM自动回收；缺点是进行Socket的I/O读写需要额外进行一次内存复制，即将内存对应的缓冲区复制到内核Channel中，性能会有一定程度下降。
• 直接内存（DirectByteBuf）字节缓冲区：在堆外进行内存分配，相比堆内存，分配和回收速度稍慢。但用于Socket的I/O读写时，少一次内存复制，速度比堆内存字节缓冲区快。

经验表明，在I/O通信线程的读写缓冲区使用DirectByteBuf，后端业务消息的编解码模块使用HeapByteBuf，这样组合可以达到性能最优。

从内存回收角度看，ByteBuf也分为两类：

• 基于内存池的ByteBuf：优点是可以重用ByteBuf对象，通过自己维护一个内存池，可以循环利用创建的ByteBuf，提升内存的使用效率，降低由于高负载导致的频繁GC。适用于高负载，高并发的应用中。推荐使用基于内存池的ByteBuf。
• 非内存池的ByteBuf：优点是管理和维护相对简单。

本节重点介绍ByteBuf继承家族的各个成员，详细功能后续将通过源码讲解，下一节介绍AbstractByteBuf源码。

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