Netty零拷贝机制

零拷贝机制是Netty高性能的一个原因，之前都是说netty的线程模型，责任链，说说netty底层的优化，优化就是netty自己的一个缓冲区。

（一）Netty自己的ByteBuf

介绍

ByteBuf 是为解决 ByteBuffer的问题和满足网络应用程序开发人员的日常需求而设计的。

对比JDK byteBuffer的缺点

无法动态扩容

长度是固定的，不能动态扩展和收缩，当数据大于ByteBuffer容量时，会发生索引越界异常。

API 使用复杂

读写的时候需要手工调用flip()和rewind()等方法，使用时需要非常谨慎的考虑这些API，否则容出现错误。

Netty的ByteBuf 操作

ByteBuf三个重要属性：capacity容量，readerIndex读取位置，writerIndex 写入位置。提供了两个指针变量来支持顺序和写操作，分别是读操作readerIndex 和写操作writeIndex。

常见的方法定义

随机访问索引 getByte

顺序读 read*

顺序写 write*

清除已读内容discardReadBytes

清除缓冲区 clear

搜索操作

标记和重置

引用计数和释放

缓冲区是如何被两个指针分割成三个区域的

discardable bytes 已读可丢弃区域

readable bytes 可读区域

writable bytes 待写区域

实例

ByteBuf 动态扩容

capacity 默认值：256字节，最大值：Integer.MAX_VALUE（2GB）

write 方法调用时，通过AbstractByteBuf.ensureWritable进行检查。

容量计算方法：AbstractByteBufAllocator.calculateNewCapacity（新capacity的最小要求，capacity最大值）

根据新的capacity的最小值要求，对应有两套计算方法

没超过4兆：从64字节开发，每次增加一倍，直至计算出来的newCapacity满足新容量最小要求。示例：当前大小256，已写250，继续写10字节数据，需要的容量最小要求是261，则新容量是6422*2=512

超过4兆：新容量 = 新容量最小要求/4兆 * 4兆 +4兆

示例：当前大小3兆，已写3兆，继续写2兆数据，需要的容量最小要求是5兆， 则新容量是9兆（不能超过最大值）

选择合适的 ByteBuf 实现

在实际使用中都是通过 ByteBufAllocator 分配器进行申请，同时分配器具有内存管理的功能。

unsafe 用到了 Unsafe 工具类，Unsafe 是 Java 保留的一个底层工具包，safe 则没有用到 unsafe 工具类。

unsafe 意味着不安全的操作，但是更底层的操作会带来性能提升和特殊功能，Netty 中会尽力使用 unsafe。

Java 语言很重要的特性是“一次编写导出运行”，所以它针对底层的内存或其他操作，做了很多封装。而 unsafe 提供了一系列操作底层的方法，可能会导致不兼容或者不可知的异常。

unpool 每次申请缓冲区时会新建一个，并不会复用，使用 Unpooled 工具类可以创建 unpool 的缓冲区。

Netty 没有给出很便捷的 pool 类型的缓冲区的创建方法。使用 ChannelConfig.getAllocator() 时，获取到的分配器是默认支持内存复用的。

pooledByteBuf对象、内存

PoolThreadCache: PooledByteBufAllocator 实例维护了一个线程变量。

多种分类的MemoryRegionCache数组用作内存缓存，MemoryRegionCache内部是链表，队列里面存Chunk。

Pool Chunk里面维护了内存引用，内存复用的做法就是把buf的memory指向Chunck的memory。

（二）零拷贝

介绍

Netty 的零拷贝机制，是一种应用层的实现。

拷贝方式

一般的数组合并，会创建一个大的数组，然后将需要合并的数组放进去。

Netty 的 CompositeButyBuf 将多个 ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf，避免了各个 ByteBuf 之间的拷贝。

wrappedBuffer 方法将 byte[] 数组包装成 ByteBuf 对象

slice 方法将一个 ByteBuf 对象切分成多个 ByteBuf 对象

实例

PS：API操作便捷性，动态扩容，多种ByteBuf实现，高效的零拷贝机制（逻辑上边的设计）上边的所有就是nettyByteBuf所做的工作，性能提升，操作性增强。有了理论下节开始实战netty。