Netty之缓冲区ByteBuf解读(二)

原创
01/01 11:04
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上篇介绍了 ByteBuf 的简单读写操作以及读写指针的基本介绍,本文继续对 ByteBuf 的基本操作进行解读。

读写指针回滚

这里的 demo 例子还是使用上节使用的。

ByteBuf buf = Unpooled.buffer(15);
String content = "ytao公众号";
buf.writeBytes(content.getBytes());
System.out.println(String.format("\nwrite: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

byte[] dst = new byte[4];
buf.readBytes(dst);
System.out.println(String.format("\nread(4): ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

进入 readBytes 方法,可以看到每次读取的时候,指针是累加的,如图:

但是,有时我们可能需要对当前操作进行回滚,让指针回到之前的位置。这时,mark 和 reset 搭配使用,可以实现该操作需求。 mark 用来记录可能需要回滚的当前位置,reset 是将指针回滚至 mark 记录的值。 比如,接着面的 demo,再读取三个字节,然后回滚读取三个字节的操作。

buf.markReaderIndex();
dst = new byte[3];
buf.readBytes(dst);
System.out.println(String.format("\nmarkRead and read(3): ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

buf.resetReaderIndex();
System.out.println(String.format("\nresetReaderIndex: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

先将读索引进行 mark,然后读取内容,在调用读取的 reset,指针索引如下:

读指针累加到 7 后,又重新回滚至 4 的位置。

同样,写指针也是如此操作进行回滚。所以 mark 和 reset 都有一个读和写。

以及

读写指针清空

将读写指针清为初始值,使用 clear() 函数。

ByteBuf buf = Unpooled.buffer(15);
String content = "ytao公众号";
buf.writeBytes(content.getBytes());
System.out.println(String.format("\nwrite: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));
buf.markWriterIndex();

byte[] dst = new byte[4];
buf.readBytes(dst);
System.out.println(String.format("\nread(4): ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));
buf.markReaderIndex();

buf.clear();
System.out.println(String.format("\nclear: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf.readerIndex(), buf.writerIndex(), buf.capacity()));

执行结果:

clear 只会将指针的位置重置为初始值,并不会清空缓冲区里的内容,如下图。同时,也可使用 mark 和 reset 进行验证,这里不再进行演示。

查找字符位置

查找字符是在很多场景下,都会使用到,比如前面文章讲过的粘包/拆包处理,就有根据字符串进行划分包数据。其实现原理就是根据查找指定字符进行读取。 ByteBuf 也提供多种不同的查找方法进行处理:

indexOf

indexOf 函数,拥有三个参数,查找开始位置索引 fromIndex, 查询位置最大的索引 toIndex,查找字节 value

// fromIndex 为 0, toIndex 为 13, value 为 a
int i = buf.indexOf(0, 13, (byte)'a');
System.out.println("[a]索引位置:"+i);

在索引 0~13 中返回查找的字符 a 索引位置:

indexOf 源码实现:

// ByteBuf 实现类
@Override
public int indexOf(int fromIndex, int toIndex, byte value) {
    return ByteBufUtil.indexOf(this, fromIndex, toIndex, value);
}

// ByteBufUtil 类
public static int indexOf(ByteBuf buffer, int fromIndex, int toIndex, byte value) {
    // 判断查询起始和终点索引大小
    if (fromIndex <= toIndex) {
        return firstIndexOf(buffer, fromIndex, toIndex, value);
    } else {
        return lastIndexOf(buffer, fromIndex, toIndex, value);
    }
}

private static int firstIndexOf(ByteBuf buffer, int fromIndex, int toIndex, byte value) {
    fromIndex = Math.max(fromIndex, 0);
    if (fromIndex >= toIndex || buffer.capacity() == 0) {
        return -1;
    }
    
    // 从起始索引进行遍历到终点索引,如果这区间有查找的字节,就返回第一个字节的位置,否则返回 -1
    for (int i = fromIndex; i < toIndex; i ++) {
        if (buffer.getByte(i) == value) {
            return i;
        }
    }
    
    return -1;
}

private static int lastIndexOf(ByteBuf buffer, int fromIndex, int toIndex, byte value) {
    fromIndex = Math.min(fromIndex, buffer.capacity());
    if (fromIndex < 0 || buffer.capacity() == 0) {
        return -1;
    }
    //  从起始索引进行遍历到终点索引倒着遍历,获取的是查找区间的最后一个字节位置
    for (int i = fromIndex - 1; i >= toIndex; i --) {
        if (buffer.getByte(i) == value) {
            return i;
        }
    }

    return -1;
}

bytesBefore

bytesBefore 函数拥有三个重载方法:

bytesBefore 函数的实现,就是在 indexOf 上进行一层查找区间的封装,最后都是在 indexOf 中实现查找。

@Override
public int bytesBefore(int index, int length, byte value) {
    // 最终都进入 indexOf 中查找
    int endIndex = indexOf(index, index + length, value);
    if (endIndex < 0) {
        return -1;
    }
    // 返回相对查找起始索引的位置
    return endIndex - index;
}

**注意:**这里返回的是相对查找起始索引的位置。

forEachByte

forEachByte 函数有两个重载方法:

这里涉及到一个 ByteBufProcessor 接口,这个是对一些常用的字节,其中包括 空,空白键,换行等等进行了抽象定义。 forEachByte 函数实现主要逻辑:

private int forEachByteAsc0(int index, int length, ByteBufProcessor processor) {
if (processor == null) {
    throw new NullPointerException("processor");
}

if (length == 0) {
    return -1;
}

final int endIndex = index + length;
// 起始 -> 终点索引,进行遍历
int i = index;
try {
    do {
        // 如果可以匹配上字节,返回该索引位置
        if (processor.process(_getByte(i))) {
            i ++;
        } else {
            return i;
        }
    } while (i < endIndex);
} catch (Exception e) {
    PlatformDependent.throwException(e);
}
// 查找区间遍历完没有匹配上,返回 -1
return -1;
}

forEachByteDesc

forEachByteDesc 也是有两个重载方法:

forEachByteDesc 从函数名字可以看出,指的倒序查找。意指从查找区间最大索引到最小索引进行遍历:

private int forEachByteDesc0(int index, int length, ByteBufProcessor processor) {
    if (processor == null) {
        throw new NullPointerException("processor");
    }
    if (length == 0) {
        return -1;
    }
    // 从最大索引开始,进行遍历
    int i = index + length - 1;
    try {
        do {
            if (processor.process(_getByte(i))) {
                i --;
            } else {
                return i;
            }
        // 直到 i 小于查找区间最小索引值时,遍历完成
        } while (i >= index);
    } catch (Exception e) {
        PlatformDependent.throwException(e);
    }
    // 没有找到指定字节返回 -1
    return -1;
}

查找操作的具体实现还是比较好理解,进入代码查看实现一般都能读懂。

复制

ByteBuf 复制后会生成一个新的 ByteBuf 对象。 copy() 整个对象被复制,其所有数据都是该对象自身维护,与旧对象无任何关联关系。包括缓冲区内容,但是该方法的的容量默认为旧 buf 的可读区间大小,读索引为 0,写索引为旧数据写索引的值。

ByteBuf buf2 = buf.copy();
System.out.println(String.format("\ncopy: ridx=%s widx=%s cap=%s", buf2.readerIndex(), buf2.writerIndex(), buf2.capacity()));

执行结果:

copy(int index, int length) 为指定复制的起始位置及长度,其他与上面 copy() 类似。 duplicate() 这个也是复制,但是与 copy 函数不同的是,复制后生成的 ByteBuf 和旧的 ByteBuf 是共享一份缓冲区内容的。它复制的只是自己可以单独维护的一份索引。并且它复制的默认容量也是和旧的一样。

对象引用/回收

ByteBuf 对象被引用后,可以调用 retain() 函数进行累计计数。每调用一次 retain() 则会 +1。 其在 AbstractReferenceCountedByteBuf 实现:

@Override
public ByteBuf retain() {
    for (;;) {
        int refCnt = this.refCnt;
        if (refCnt == 0) {
            throw new IllegalReferenceCountException(0, 1);
        }
        // 达到最大值时,抛出异常
        if (refCnt == Integer.MAX_VALUE) {
            throw new IllegalReferenceCountException(Integer.MAX_VALUE, 1);
        }
        // 保证线程安全,这里 CAS 进行累加
        if (refCntUpdater.compareAndSet(this, refCnt, refCnt + 1)) {
            break;
        }
    }
    return this;
}

@Override
public boolean compareAndSet(T obj, int expect, int update) {
    // unsafe 为jdk的 Unsafe 类
    return unsafe.compareAndSwapInt(obj, offset, expect, update);
}

同样,可以进行添加多个引用,自己指定数量,retain(int increment) 带参函数实现,和上面 +1 实现思路一样,代码就不贴出来了。

ByteBuf 在申请内存使用完后,需要对其进行释放,否则可能会造成资源浪费及内存泄漏的风险。这也是 ByteBuf 自己实现的一套有效回收机制。 释放的函数为 release(),它的实现就是每次 -1。直到为 1 时,调用释放函数 deallocate() 进行释放。 其在 AbstractReferenceCountedByteBuf 实现:

@Override
public final boolean release() {
    for (;;) {
        int refCnt = this.refCnt;
        if (refCnt == 0) {
            throw new IllegalReferenceCountException(0, -1);
        }
        // 引用数量 -1
        if (refCntUpdater.compareAndSet(this, refCnt, refCnt - 1)) {
            当引用数量为 1 时,符合释放条件
            if (refCnt == 1) {
                deallocate();
                return true;
            }
            return false;
        }
    }
}

同样,释放也支持一次释放多个引用数量,也是通过指定数量,传递给 release(int decrement) 进行引用数量的减少并释放对象。

总结

本文对 ByteBuf 中最基本,最常用 API 进行的解读,这也是在实际开发中或阅读相关代码时,可能会遇到的基本 API,通过两篇文章的说明,相信对 ByteBuf 的基本使用不会存在太大问题,还有些未分析到的 API,根据自己对 ByteBuf 已有的理解,差不多也能进行分析。

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