摘要：主要用來檢測對象是否泄漏。子類實(shí)現(xiàn)相關(guān)的方法是否支持?jǐn)?shù)組，判斷緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)是否基于字節(jié)數(shù)組如果緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)基于字節(jié)數(shù)組，返回字節(jié)數(shù)組

ByteBuf需要提供JDK ByteBuffer的功能(包含且不限于)，主要有以下幾類基本功能：

7種Java基礎(chǔ)類型、byte[]、ByteBuffer(ByteBuf)的等的讀寫

緩沖區(qū)自身的copy和slice

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

構(gòu)造緩沖區(qū)實(shí)例

操作位置指針

首先確認(rèn)ByteBuf是否已經(jīng)被釋放，如果被釋放，則拋出IllegalReferenceCountException異常

判斷寫入需要的最小空間，如果該空間小于ByteBuf的可寫入空間，直接返回，不進(jìn)行擴(kuò)容

判斷寫入需要的最小空間，如果該空間大于ByteBuf的(最大容量-當(dāng)前的寫索引)，不進(jìn)行擴(kuò)容，拋出IndexOutOfBoundsException異常

計(jì)算新容量，動(dòng)態(tài)擴(kuò)容的規(guī)則，當(dāng)新容量大于4MB時(shí)，以4MB的方式遞增擴(kuò)容，在小于4MB時(shí)，從64字節(jié)開始倍增(Double)擴(kuò)容

Netty提供readIndex和writeIndex用來支持讀取和寫入操作，兩個(gè)索引將緩沖區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)域

0 ~ readIndex：已讀區(qū)域(可丟棄區(qū)域)

readIndex ~ writeIndex：未讀取區(qū)域

writeIndex ~ capacity：待寫入?yún)^(qū)域

位于已讀區(qū)域的內(nèi)容表明該內(nèi)容已被Netty處理完成，我們可以重用這塊緩沖區(qū)，盡量減少緩沖區(qū)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容(復(fù)制，耗時(shí)操作)。

調(diào)用discardBytes()方法可以清除已讀區(qū)域內(nèi)容，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致未讀區(qū)域的左移，也是將未讀區(qū)域的內(nèi)容復(fù)制到原來的已讀區(qū)域(耗時(shí))，
因此頻繁的調(diào)用discardBytes也是不可取的，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)用。

Readable Bytes(可讀空間)存儲(chǔ)的是未被讀取處理的內(nèi)容，以read或者skip開頭的方法都會(huì)從readIndex開始讀取或者跳過指定的數(shù)據(jù)，同時(shí)readIndex會(huì)增加讀取或跳過
的字節(jié)數(shù)長度。如果讀取的字節(jié)數(shù)長度大于實(shí)際可讀取的字節(jié)數(shù)，拋出IndexOutOfBoundsException異常。

Writable Bytes(可寫入空間)是未被數(shù)據(jù)填充的緩沖區(qū)塊，以write開頭的操作都會(huì)從writeIndex開始向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，同時(shí)writeIndex會(huì)增加寫入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)長度。
如果寫入的字節(jié)數(shù)大于可寫入的字節(jié)數(shù)，會(huì)拋出IndexOutOfBoundsException異常。

Clear操作并不會(huì)清除緩沖區(qū)的內(nèi)容，只是將readIndex和writeIndex還原為初始分配值。

markReadIndex

resetReadIndex

markWriteIndex

resetWriteIndex

indexOf(int fromIndex, int toIndex, byte value)：fromIndex<=toIndex時(shí)，從頭開始查找首次出現(xiàn)value的位置(查找范圍fromIndex ~ toIndex)，當(dāng)fromIndex > toIndex時(shí)，倒著查找首次出現(xiàn)value的位置（查找的范圍toIndex ~ fromIndex - 1），查不到返回-1

bytesBefore(byte value)：從ByteBuf的可讀區(qū)域中首次定位出現(xiàn)value的位置，沒有找到返回-1。該方法不會(huì)修改readIndex和writeIndex

bytesBefore(int length, byte value)：從ByteBuf的可讀區(qū)域中定位首次出現(xiàn)value的位置，結(jié)束索引是readIndex+length。如果length大于可讀字節(jié)數(shù)，拋出IndexOutOfBoundsException異常

bytesBefore(int index, int length, byte value)：從ByteBuf中定位首次出現(xiàn)value的位置，起始索引為index，結(jié)束索引為index+length，如果index+length大于當(dāng)前緩沖區(qū)的容量，拋出IndexOutOfBoundsException異常

forEachByte(int index, int length, ByteProcessor processor)：從index開始，到index + length結(jié)束，與ByteProcessor設(shè)置的查找條件進(jìn)行對比，滿足條件，返回位置索引，否則返回-1

forEachByteDesc(ByteProcessor processor)：倒序遍歷ByteBuf的可讀字節(jié)數(shù)組，與ByteProcessor設(shè)置的查找條件進(jìn)行對比，滿足條件，返回位置索引，否則返回-1

forEachByteDesc(int index, int length, ByteProcessor processor)：以index + length - 1開始，直到index結(jié)束，倒序遍歷ByteBuf字節(jié)數(shù)組，與ByteProcessor設(shè)置的查找條件進(jìn)行對比，滿足條件，返回位置索引，否則返回-1

Netty提供了大量的默認(rèn)的ByteProcessor，來對常用的查找自己進(jìn)行查找，具體可見ByteProcessor接口。

duplicate()：返回當(dāng)前ByteBuf的復(fù)制對象，復(fù)制后返回的ByteBuf與操作的ByteBuf共享緩沖區(qū)內(nèi)容，但是維護(hù)自己獨(dú)立的讀寫索引。當(dāng)修改復(fù)制后的ByteBuf內(nèi)容后，原ByteBuf的內(nèi)容也隨之改變，因?yàn)殡p方持有的是同一個(gè)內(nèi)容的指針引用。

copy()：復(fù)制一個(gè)新的ByteBuf對象，內(nèi)容和索引都與原ByteBuf獨(dú)立，復(fù)制操作本身并不修改原ByteBuf的讀寫索引

copy(int index, int length)：復(fù)制一個(gè)新的ByteBuf對象，復(fù)制開始的索引為index，復(fù)制的長度為length

slice()：返回與當(dāng)前ByteBuf的可讀子緩沖區(qū)，范圍是readIndex ~ writeIndex，返回后的ByteBuf與原ByteBuf內(nèi)容共享，讀寫索引獨(dú)立維護(hù)，maxCapacity是當(dāng)前ByteBuf的可讀字節(jié)數(shù)(換句話說就是這個(gè)新返回的緩沖區(qū)不能再進(jìn)行寫入)

slice(int index, int length)：返回index開始，length長度的當(dāng)前ByteBuf的子緩沖區(qū)，返回后的ByteBuf與原ByteBuf內(nèi)容共享，讀寫索引獨(dú)立維護(hù)，maxCapacity是length(換句話說就是這個(gè)新返回的緩沖區(qū)不能再進(jìn)行寫入)

ByteBuffer nioBuffer()：將當(dāng)前ByteBuf可讀的緩沖區(qū)轉(zhuǎn)換成ByteBuffer，兩者共享同一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)容引用，對ByteBuffer的讀寫操作并不會(huì)修改原ByteBuf的讀寫索引。返回后的ByteBuffer無法感知ByteBuf的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

ByteBuffer nioBuffer(int index, int length)：從ByteBuf的index位置開始長度為length的緩沖區(qū)轉(zhuǎn)換成ByteBuffer，兩者共享同一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)容引用，對ByteBuffer的讀寫操作并不會(huì)修改原ByteBuf的讀寫索引。返回后的ByteBuffer無法感知ByteBuf的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

主要通過set和get開頭的方法，這兩個(gè)方法可以指定索引位置。

從內(nèi)存分配的角度來看，ByteBuf主要分為以下兩類：

堆內(nèi)存(HeapByteBuf)字節(jié)緩沖區(qū)：內(nèi)存分配和回收速度快，可以被JVM自動(dòng)回收；缺點(diǎn)是如果Socket進(jìn)行I/O讀寫，需要進(jìn)行一次內(nèi)存復(fù)制，將堆內(nèi)存對應(yīng)的緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核Channel中，性能會(huì)有所下降

直接內(nèi)存(DirectByteBuf)字節(jié)緩沖區(qū)：堆外內(nèi)存直接分配，相比于堆內(nèi)存，分配和回收速度比較慢，但是在Socket Channel中進(jìn)行讀寫比較快(少一次內(nèi)存復(fù)制)

ByteBuf的最佳時(shí)間是在I/O通信線程的讀寫緩沖區(qū)使用DirectByteBuf，后端業(yè)務(wù)消息的編解碼模塊使用HeapByteBuf。

從內(nèi)存回收的角度進(jìn)行分類：

基于對象池的ByteBuf：自己維護(hù)了一個(gè)內(nèi)存池，可以重復(fù)利用ByteBuf對象，提升內(nèi)存使用率，降低GC頻率

普通的ByteBuf

AbstractByteBuf繼承ByteBuf，ByteBuf中的一些公共屬性和方法會(huì)在AbstractByteBuf中實(shí)現(xiàn)。

ResourceLeakDetector leakDetector對象：被定義為static，所有的ByteBuf實(shí)例共享一個(gè)ResourceLeakDetector leakDetector對象。ResourceLeakDetector主要用來檢測對象是否泄漏。

索引設(shè)置：讀寫索引、重置讀寫索引、最大容量

讀操作的公共功能由父類實(shí)現(xiàn)，差異化由具體的子類實(shí)現(xiàn)。

選取readBytes(byte[] dst, int dstIndex, int length)分析：

首先對緩沖區(qū)可讀空間進(jìn)行校驗(yàn)：如果讀取的長度(length) < 0，會(huì)拋出IllegalArgumentException異常；如果可讀的字節(jié)數(shù)小于需要讀取的長度(length)，會(huì)拋出IndexOutOfBoundsException異常

校驗(yàn)通過之后，調(diào)用getBytes方法從當(dāng)前的讀索引開始進(jìn)行讀?。ㄟ@一塊就需要由真正的子類來各自實(shí)現(xiàn)），復(fù)制length個(gè)字節(jié)到目標(biāo)byte數(shù)組，數(shù)組開始的位置是dstIndex

讀取成功后，對讀索引進(jìn)行遞增，增加的長度為length

寫操作的公共功能由父類實(shí)現(xiàn)，差異化由具體的子類實(shí)現(xiàn)。

選取writeBytes(byte[] src, int srcIndex, int length)分析：

首先對緩沖區(qū)的可寫空間進(jìn)行校驗(yàn)：如果要寫入的長度(length) < 0，會(huì)拋出IllegalArgumentException異常；如果要寫入的長度小于緩沖區(qū)可寫入的字節(jié)數(shù)，表明可寫；如果要寫入的長度 > 最大容量 - writeIndex，會(huì)拋出IndexOutOfBoundsException；否則進(jìn)行擴(kuò)容操作（擴(kuò)容操作的原理前面已經(jīng)講過）。

與索引相關(guān)的操作主要涉及設(shè)置讀寫索引、mark、和reset等。

選取readerIndex(int readerIndex)進(jìn)行分析：

首先對索引合法性進(jìn)行判斷：如果readerIndex小于0或者readerIndex > writeIndex，則拋出IndexOutOfBoundsException異常

校驗(yàn)通過之后，將讀索引設(shè)置為readerIndex

選取discardReadBytes()進(jìn)行分析：

如果readIndex等于0，直接返回

如果readIndex和writeIndex不相等，首先調(diào)用setBytes(int index, ByteBuf src, int srcIndex, int length)方法進(jìn)行字節(jié)數(shù)組的復(fù)制，

然后重新設(shè)置markReadIndex、markWriteIndex、readIndex和writeIndex

如果readIndex等于writeIndex，調(diào)整markReadIndex和markWriteIndex，不進(jìn)行字節(jié)數(shù)組復(fù)制，設(shè)置readIndex=writeIndex=0

校驗(yàn)跳過的字節(jié)長度：如果跳過的字節(jié)長度小于0，則拋出IllegalArgumentException異常，如果跳過的字節(jié)數(shù)大于可讀取的字節(jié)數(shù)，則拋出IndexOutOfBoundsException異常

校驗(yàn)通過之后，readIndex增加跳過的字節(jié)長度

該類主要是對引用進(jìn)行計(jì)數(shù)，類似于JVM內(nèi)存回收的對象引用計(jì)數(shù)器，用于跟蹤對象的分配和銷毀，做自動(dòng)內(nèi)存回收。

AtomicIntegerFieldUpdater refCntUpdater對象：通過原子的方式對成員變量進(jìn)行更新操作，實(shí)現(xiàn)線程安全，消除鎖。

volatile int refCnt：用于跟蹤對象的引用次數(shù)，使用volatile是為了解決多線程并發(fā)訪問的可見性問題。

每調(diào)用retain()方法一次，引用計(jì)數(shù)器就會(huì)加1，但加完之后會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，具體的校驗(yàn)內(nèi)容如下：
如果加1之前的引用次數(shù)小于等于0或者原來的引用次數(shù) + 增加的次數(shù) < 原來的引用次數(shù)，則需要還原這次引用計(jì)數(shù)器增加操作，并且拋出IllegalReferenceCountException異常

UnpooledHeapByteBuf是基于堆內(nèi)存分配的字節(jié)緩沖區(qū)，每次I/O讀寫都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的UnpooledHeapByteBuf。

ByteBufAllocator alloc：用于UnpooledHeapByteBuf的內(nèi)存分配

byte[] array：緩沖區(qū)數(shù)組，此處也可用ByteBuffer，但是用byte數(shù)組的原因是提升性能和更加便捷的進(jìn)行位操作

ByteBuffer tmpNioBuf：用于實(shí)現(xiàn)Netty的ByteBuf到JDK NIO ByteBuffer的轉(zhuǎn)換

校驗(yàn)新容量：如果新容量小于0或者新容量大于最大容量，拋出IllegalArgumentException異常，否則校驗(yàn)通過

如果新容量大于舊容量，使用new byte[newCapacity]創(chuàng)建新的緩沖數(shù)組，然后通過System.arraycopy進(jìn)行復(fù)制，將舊的緩沖區(qū)內(nèi)容拷貝到新的緩沖區(qū)中，最后在ByteBuf中替換舊的數(shù)組，并且將原來的ByteBuffer tmpNioBuf置為空

如果新容量小于舊容量，使用new byte[newCapacity]創(chuàng)建新的緩沖數(shù)組，如果讀索引小于新容量(如果寫索引大于新容量，將寫索引直接置為新容量)，然后通過System.arraycopy將當(dāng)前可讀的緩沖區(qū)內(nèi)容復(fù)制到新的byte數(shù)組，如果讀索引大于新容量，說明沒有可以拷貝的緩沖區(qū)，直接將讀寫索引置為新容量，并且使用新的byte數(shù)組替換原來的字節(jié)數(shù)組

setBytes(int index, byte[] src, int srcIndex, int length)

首先是合法性校驗(yàn)，先是校驗(yàn)index，length，如果這兩個(gè)值有小于0，或者相加小于0，或者兩個(gè)相加大于ByteBuf的容量，則拋出IndexOutOfBoundsException異常，接著校驗(yàn)被復(fù)制的數(shù)組的長度和索引問題(srcIndex、length)，如果srcIndex、length小于0，或者兩個(gè)相加小于0，或者兩個(gè)相加超過了src字節(jié)數(shù)組的容量，也拋出IndexOutOfBoundsException異常

校驗(yàn)通過之后，使用System.arraycopy方法進(jìn)行字節(jié)數(shù)組的拷貝

ByteBuf以get和set開頭讀寫緩沖區(qū)的方法不會(huì)修改讀寫索引

由于UnpooledHeapByteBuf緩沖區(qū)采用了byte數(shù)組實(shí)現(xiàn)，同樣的ByteBuffer底層也是用了byte數(shù)組實(shí)現(xiàn)，同時(shí)ByteBuffer還提供了wrap方法，
直接將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成ByteBuffer，最后調(diào)用slice方法。由于每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的ByteBuffer，因此起不到重用緩沖區(qū)內(nèi)容的效果。

hasArray()：是否支持?jǐn)?shù)組，判斷緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)是否基于字節(jié)數(shù)組

array()：如果緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)基于字節(jié)數(shù)組，返回字節(jié)數(shù)組

Arena是指一塊區(qū)域，在內(nèi)存管理中，Memory Arena指內(nèi)存中的一大塊連續(xù)的區(qū)域，PoolArena是Netty的內(nèi)存池實(shí)現(xiàn)類。

為了集中管理內(nèi)存的分配和釋放，同時(shí)提高分配和釋放內(nèi)存的性能，框架會(huì)預(yù)先申請一大塊內(nèi)存，然后通過提供相應(yīng)的分配和釋放接口來使用內(nèi)存。由于不再使用系統(tǒng)調(diào)用來申請和釋放內(nèi)存，
應(yīng)用或者系統(tǒng)的性能大大提高。預(yù)先申請的那一大塊內(nèi)存稱之為Memory Arena。

Netty的PoolArena是由多個(gè)Chunk組成的大塊內(nèi)存區(qū)域，每個(gè)Chunk由一個(gè)或者多個(gè)Page組成。因此，對內(nèi)存的組織管理主要集中在如何組織管理Chunk和Page。

Chunk主要用來組織和管理多個(gè)Page的內(nèi)存分配。Netty中，Chunk中的Page被構(gòu)造成一棵二叉樹。

每一個(gè)Page可以成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，第一層的Page節(jié)點(diǎn)用來分配所有Page需要的內(nèi)存。每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄了自己在Memory Arena中的偏移地址，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表的內(nèi)存區(qū)域被分配出去以后，
該節(jié)點(diǎn)會(huì)被標(biāo)記為已分配，從這個(gè)節(jié)點(diǎn)往下的所有節(jié)點(diǎn)在后面的內(nèi)存分配請求中都會(huì)被忽略。

在內(nèi)存分配查找節(jié)點(diǎn)時(shí)，對樹的遍歷采用深度優(yōu)先的算法，但在選擇在哪個(gè)子節(jié)點(diǎn)繼續(xù)遍歷時(shí)則是隨機(jī)的，并不總是訪問左邊的子節(jié)點(diǎn)。

對于小于一個(gè)Page的內(nèi)存，Netty在Page中完成分配。每個(gè)Page會(huì)被切分成大小相等的多個(gè)存儲(chǔ)塊，存儲(chǔ)塊的大小由第一次申請的內(nèi)存塊大小決定。

一個(gè)Page只能用于分配與第一次申請時(shí)大小相同的內(nèi)存。

Page中存儲(chǔ)區(qū)域的使用狀態(tài)通過一個(gè)long數(shù)組來維護(hù)，數(shù)組中每個(gè)long的每一位表示一個(gè)塊存儲(chǔ)區(qū)域的占用情況：0表示未占用，1表示已占用。

Chunk和Page都通過狀態(tài)位來標(biāo)識內(nèi)存是否可用，不同的是Chunk通過在二叉樹上對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識實(shí)現(xiàn)，Page是通過維護(hù)塊的使用狀態(tài)標(biāo)識來實(shí)現(xiàn)。

PooledDirectByteBuf基于內(nèi)存池實(shí)現(xiàn)。

新創(chuàng)建PooledDirectByteBuf對象不能直接new，而是從內(nèi)存池Recycler中獲取，然后設(shè)置引用計(jì)數(shù)器的值為1，設(shè)置緩沖區(qū)的最大空間，
設(shè)置讀寫索引、標(biāo)記讀寫索引為0。

copy(int index, int length)方法可以復(fù)制一個(gè)ByteBuf實(shí)例，并且與原來的ByteBuf相互獨(dú)立。

首先校驗(yàn)索引和長度的合法性

校驗(yàn)通過之后，調(diào)用PooledByteBufAllocator分配一個(gè)新的ByteBuf，最終會(huì)調(diào)用PooledByteBufAllocator中的newDirectBuffer(int initialCapacity, int maxCapacity)方法進(jìn)行內(nèi)存的分配

在newDirectBuffer中，直接從緩存中獲取ByteBuf而不是創(chuàng)建一個(gè)新的對象

ByteBufHolder是BytBuf容器。比如，Http協(xié)議的請求消息和應(yīng)答消息都可以攜帶消息體，這個(gè)消息體在Netty中就是ByteBuf對象。由于不同的協(xié)議消息體可以包含不同的
協(xié)議字段和功能，因此需要對ByteBuf進(jìn)行包裝和抽象，為了滿足這些定制化的需求，Netty抽象出了ByteBufHolder對象。

ByteBufAllocator是字節(jié)緩沖區(qū)分配器，按照Netty緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)不同可以分為：基于內(nèi)存池的字節(jié)緩沖區(qū)分配器和普通的字節(jié)緩沖區(qū)分配器。

CompositeByteBuf允許將多個(gè)ByteBuf的實(shí)例組裝到一起。

CompositeByteBuf定義了一個(gè)Component類型的集合，Component實(shí)際上是ByteBuf的包裝實(shí)現(xiàn)類，它聚合了ByteBuf對象，維護(hù)ByteBuf在集合中的位置偏移量等信息。

CompositeByteBuf支持動(dòng)態(tài)增加(addComponent(ByteBuf buffer))和刪除(removeComponent(int cIndex))ByteBuf，增加或刪除ByteBuf之后，
需要更新各個(gè)ByteBuf的索引偏移量。

ByteBufUtil提供了大量的靜態(tài)方法來操作ByteBuf。列舉三個(gè)：

ByteBuf encodeString(ByteBufAllocator alloc, CharBuffer src, Charset charset)：對需要編碼的字符串src按照指定的字符集charset進(jìn)行編碼，利用指定的ByteBufAllocator生成一個(gè)ByteBuf

decodeString(ByteBuf src, int readerIndex, int len, Charset charset)：從指定索引readIndex開始往后len個(gè)字節(jié)長度，對ByteBuf對象src按照指定的字符集charset進(jìn)行解碼

hexDump(ByteBuf buffer)：將ByteBuf對象的參數(shù)內(nèi)容以十六進(jìn)制的格式輸出