io.netty.buffer包中是netty ByteBuf的实现。ByteBuf是一个二进制缓冲区的抽象接口，它的功能有:
- 可以随机访问、顺序访问。
- 支持基本数据类型(byte, short, int, long, float, double)的序列化和反序列化。
- 不限制底层原始的数据类型，可以是byte[], NIO Buffer, String, IO Stream, 直接内（C语言中可以表示为指向一块内置起始地址的指针void*, 内存的长度), 等等。
为什么需要ByteBuf
缓冲区的使用范围非常广泛：I/O操作，序列化/反序列化，编码转换，压缩/解压，加/解密等所有需要使用byte[]的场景。
有些场景需要需要能够快速地创建和销毁缓冲区，如：高并发的服务器，处理请求、返回响应的时时候需要大量且高频地创建，销毁缓冲区。
有些场景不能确定需要多大的缓冲区，如: 从数据流中分离出一条消息，消息的长度不确定，只知道最大长度。假如消息的最大长度是64KB，而消息的平均长度只有4KB, 如果每次创建64KB的缓冲区就太浪费了。如果缓冲区能够在需要的时候自动且高效地增减容量，就完美了。
在所有的场景中都涉及到频繁的数据copy，这要求缓冲区数据copy的性能要尽量高。如果有可能，尽量减少数据copy。
ByteBuf就是为解决以上问题而设计的。
核心概念
如下所示
| discardable bytes | readable bytes | writable bytes |
0 readerIndex writerIndex capacity
- capacity: 缓冲区的容量。
- readerIndex: 当前读的位置。可以使用readerIndex()和readerIndex(int)方法获取、设置readerIndex值。每次调用readXXX方法都会导致readerIndex向writerIndex移动，直到等于writerIndex为止。
- writerIndex: 写的当前位置。可以使用writerIndex()和writerIndex(int)方法获取、设置writeIndex的值。每次调用writeXXX方法都会导致writeIndex向capacity移动，直到等于capacity为止。
- discardable bytes: 可丢弃的数据。0--readerIndex之间的数据, 长度是readerIndex - 0，调用discardReadBytes会丢弃这部分数据，把readerIndex--writerIndex之间的数据移动到ByteBuf的开始位置(0), ByteBuf会变成如下所示的样子:
| readable bytes | writable bytes |
readerIndex(0) writerIndex capacity
- readable bytes: 可读数据。 readerIndex--writerIndex之间的数据，长度是writerInex - readerIndex。可以调用readableBytes()方法得到它的长度。
- writeable bytes: 可写的空间。长度是capacity - writerIndex。也可以认为它是ByteBuf的剩余空间。
核心能力
对二进制数据的读写是ByteBuf的核心能力。它提供两种读写方式:
- 随机读写: getXXX(int), setXXX(int, ...)。不会对readerIndex和writerIndex产生影响，范围是(0,capacity]。
- 顺序读写: readXXX, 增加readerIndex的值，范围是(readerIndex, writerIndex]。 writeXXX，增加writerIndex值，范围是(writerIndex, capacity]。
ByteBuf为了方便使用，提供了一些基本数据类型(unsigned表示无符号类型)的读写支持:
| 数据类型 | 长度(Byte) |
|---|---|
| byte, unsignedByte | 1 |
| short, unsignedShort | 2 |
| char | 2 |
| medium, unsignedMedium | 3 |
| int, unsignedInt | 4 |
| long | 8 |
| float | 4 |
| double | 8 |
对这些基本数据类型的读写涉及到了字节须的问题，ByteBuf支持两种字节序，使用java.nio.ByteOrder中的定义，默认的字节序是BIG_ENDIAN, 这个也是网络字节序。
此外还提供了对byte[]类型及可以当成byte[]使用的数据类型的支持, 方法名都是：getBytes，setBytes, readBytes, writeBytes。
- byte[]
- ByteBuf
- ByteBuffer
- GatheringByteChannel
- InputStread, OutputStream
内存管理
内存管理分为两个部分：内存分配，内存释放。
ByteBufAllocator是内存分配的接口，它有两个具体实现:UnpooledByteBufAllocator， PooledByteBufAllocator。
UnpooledByteBufAllocator是JVM内存分配接口的简单封装。
PooledByteBufAllocator在JVM内存分配的基础上实现了一套独立的内存分配算法。
内存释放的关键是如何判定对象死亡，ByteBuf继承了ReferenceCounted接口，使用引用计数的方式判定对象死亡。
PooledByteBufAllocator中高效的内存管理算法是ByteBuf的性能基础，理解了它的算法是理解ByteBuf的关键。
体系结构
上图是ByteBuf体系结构中主要的类和接口。主要分为三大类:
- AbstractReferenceCountedByteBuf及其子类。这个类别是是ByteBuf中最重要的部分，它分为4个小类别:
CompositeByteBuf, FixedCompositeByteBuf: 把不同的ByteBuf组合成一个ByteBuf。
PooledByteBuf：实现了自定义内存管理算法的。
UnpooledXXXX: 直接使用JVM内存管理能力。
ReadOnlyByteBufferBuf: 只读的。
- SwappedByteBuf: 用来转换ByteBuf的字节序。
- WrappedByteBuf: 用来包装另一个ByteBuf。
工具
有两个工具类帮助开发者使用ByteBuf:
- ByteBufUtil: 这个类中创建好了默认的ByteBufAllocator，可以直接拿来用。还有一些操作ByteBuf常用的方法。
- Unpooled: 这个类是针对UnpooledXXXByteBuf的工具。
用法
创建ByteBufAllocator
使用ByteBufUtil.DEFAULT_ALLOCATOR得到ByteBufAllocator实例。这个实例可能是UnpooledByteBufAllocator，也可能是PooledByteBufAllocator类型，这取决于io.netty.allocator.type属性的设置。默认是unpooled，UnpooledByteBufAllocator类型。如果想要PooledByteBufAllocator类型，把这个属性的值设置成pooled：
java -Dio.netty.allocator.type=pooled，或者System.setProperty("io.netty.allocator.type", "pooled")
创建ByteBuf
netty不建议直接创建创建ByteBuf实例，推荐使用ByteBufAllocator创建ByteBuf实例，或者使用Unpooled静态方法。
ByteBufAllocator有7种方法用于创建ByteBuf实例：
| 方法名 | 特性 |
|---|---|
| buffer | 使用可能是JVM堆内存或直接内存，取决于具体的实现 |
| ioBuffer | 如果可以的话优先使用直接内存 |
| heapBuffer | 使用堆内存 |
| directBuffer | 使用直接内存 |
| CompositeByteBuf | 使用可能是JVM堆内存或直接内存，取决于具体的实现 |
| compositeHeapBuffer | 使用堆内存 |
| compositeDirectBuffer | 使用堆内存 |
Unpooled创建ByteBuf实例的方法有2两种:
| 方法名 | 特性 |
|---|---|
| buffer | 使用堆内存 |
| directBuffer | 使用直接内存 |
包装成ByteBuf
Unpooled提供了一系列的wrappedBuffer方法，把一些数据类型包装成一个ByteBuf, 这些数据类型有:
- byte[]。
- ByteBuffer。
- 另一个的ByteBuf中的可读数据。
wrappedBuffer方法还可以把byte[].., ByteBuffer.., ByteBuf..包装成一个CompositeByteBuf。
数据读写
数据读写是ByteBuf的基本功能，前面已经讲过，相关方法是: getXXX, readXXX, setXXX, writeXXX。