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Netty 必知必会（三）—— ByteBuf

news 2025/7/3 16:32:01

Netty ByteBuf工作原理，和NIO里ByteBuffer区别？

Java NIO 提供了ByteBuffer 作为它的字节容器，但是这个类使⽤起来过于复杂，⽽且也有些繁琐。

ByteBuf是Netty框架中的一个关键类，专门设计来处理字节数据，旨在替代Java标准NIO库中的ByteBuffer。

相较于ByteBuffer，ByteBuf引入了更高效的数据操作方式和更丰富的API支持。其核心优势在于支持自动读写切换、内存池化以及零拷贝技术，这些特性共同作用使得ByteBuf在数据处理方面的性能大大超越了传统的ByteBuffer。

一、自动读写切换

1.NIO 里的 ByteBuffer

对于 Java NIO 的 Buffer，其有几个重要的属性：position，limit，capacity，其中position代表的是下一个读或写的位置，limit是可被读或写的最高位，而capacity就是 Buffer 的容量了，之所以要在读和写切换的时候进行手动操作（clear()，flip()），主要是因为在 NIO 中，position和limit在读的时候代表的是下一个需读的位和可读的最高位，但是在写的时候又代表下一个需写的位和可写的最高位（其实就是capacity），换句话说这两个变量在不同的操作场景下有不同的含义，对应值也不同，所以需要在读写切换的时候进行手动操作。

2.Netty里的ByteBuf

而 Netty 的 ByteBuf 则对这一点做了改进，其针对读写操作分别增加上了readerIndex（原来的position），writerIndex（对应 NIO 中的 limit），使用的时候不需要考虑读写转换。

读的时候就变动readerIndex的值，此时可读的最高位其实就是writerIndex
写的时候就变动writerIndex的值，此时可写的最高位就是capacity

说白了就是两个变量分别管理读和写的操作位，互不冲突，也就不存在读写切换的时候手动操作。

二、内存池化

1.给 ByteBuf 分配内存

在 Netty 中，ByteBuf 用来作为数据的容器，是一种会被频繁创建和销毁的对象。

分配 ByteBuf 需要的内存空间有三种方式

堆缓冲区（HeapByteBuf），

优点：内存的分配和回收速度⽐较快，可以被JVM⾃动回收。由于在堆上被 JVM 管理，在不被使⽤时可以快速释放。可以通过ByteBuf.array() 来获取 byte[] 数据。

缺点：如果进⾏socket的IO读写，需要额外做⼀次内存复制，将堆内存对应的缓冲区复制到内核Channel中，性能会有⼀定程度的下降。

直接缓冲区（DirectByteBuf），堆外内存。

优点：将它写⼊或从Socket Channel中读取时，由于减少了⼀次内存拷⻉，速度⽐堆内存块。

缺点：相⽐堆内存，它的分配和回收速度会慢⼀些。

复合缓冲区（CompsiteByteBuf），顾名思义就是将上述两类缓冲区聚合在⼀起。Netty 可以将堆缓冲区和直接缓冲区的数据放在⼀起，让使⽤更加⽅便。

但抛开哪个代价高哪个代价低不说，光是频繁创建和频繁销毁这一点，就已奠定了效率不高的基调。Netty 为了解决这个问题，引入了池化技术，池化技术的思想不复杂，和线程池思想类似，说白了就是对一些可重用的对象用完不回收，后面需要再次使用，以减少创建和销毁对象带来的资源损耗。

2.引用计数来管理 ByteBuf

引用计数就是实现池化的关键技术点

（不过并非只有池化的 ByteBuf 才有引用计数，非池化的也会有引用）。

ByteBuf实现了ReferenceCounted接口，表明该类是一个引用计数管理对象。

每一个引用计数对象，都维护了一个自身的引用计数，通过refCnt()方法可以得到当前的引用计数。
当第一次被创建时，引用计数为 1，调用retain()方法会增加自身的引用计数值。
调用release()方法减少当前的引用计数值，如果引用计数值为 0，当前的 ByteBuf 自动释放，返回值为true。

引用计数机制有效预防内存泄漏，确保及时回收不再使用的内存资源。

3.Netty 实现内存池化

Netty 提供了两种 ByteBufAllocator 的实现，分别是：

PooledByteBufAllocator，实现了 ByteBuf 的对象的池化，提⾼性能减少并最⼤限度地减少内存碎⽚。
UnpooledByteBufAllocator，没有实现对象的池化，每次会⽣成新的对象实例。

如何释放？

手动释放：调用release()方法
自动释放：略

释放后如何？

池化的 ByteBuf，那么就会重新进池子，以待重用；
非池化的 ByteBuf，则销毁底层的字节数组引用或者释放对应的堆外内存。

池化技术通过重用已有的ByteBuf实例，减少了频繁的内存分配与回收操作，显著提升了性能。

三、零拷贝技术

Netty必知必会（一）——零拷贝-CSDN博客

slice()：创建一个与原始ByteBuf共享数据的新视图，但拥有独立的读写索引。
duplicate()：创建一个完整的ByteBuf副本，共享数据内容但维护一套独立的索引。
compositeByteBuf()：可以将多个ByteBuf合并为一个逻辑上的ByteBuf，实现数据的逻辑组合而非物理合并。

四、参考

一文读懂网络框架Netty_文化 & 方法_蔡昱星_InfoQ精选文章

Netty详解ByteBuf_netty bytebuf-CSDN博客

Netty之ByteBuf详解与实战-CSDN博客