Netty ByteBuf

ByteBuf 是 Netty 的字节容器，比 JDK ByteBuffer 更适合网络编程。它用读写指针区分已读、可读、可写区域，避免频繁 flip。

为什么 Netty 要自己设计 ByteBuf

JDK ByteBuffer 只有一个位置指针 position，读写切换时经常需要 flip()、clear()、compact()。对初学者来说，一旦切换顺序写错，就会读不到数据、覆盖数据或把旧数据当新数据。

Netty 的 ByteBuf 把读和写拆成两个指针：

1. readerIndex 只负责下一次从哪里读。
2. writerIndex 只负责下一次写到哪里。
3. 两个指针之间就是可读数据。
4. writerIndex 到 capacity 之间就是可写空间。

这样设计解决的是网络编程里的核心问题：数据可能分多次到达，业务也可能分多次读取。读写指针分离后，未读完的数据可以继续留在缓冲区里，后续数据到达时再拼接处理。

内存布局

flowchart TD
    A["discardable bytes<br/>已读可丢弃区域"] --> B["readable bytes<br/>readerIndex 到 writerIndex"]
    B --> C["writable bytes<br/>writerIndex 到 capacity"]
    C --> D["capacity<br/>当前容量边界"]

指针	含义
readerIndex	下一次读取的位置
writerIndex	下一次写入的位置
capacity	当前容量
maxCapacity	最大可扩容容量

核心原理：读写指针如何移动

flowchart TD
    A["创建 ByteBuf"] --> B["writerIndex = 0<br/>readerIndex = 0"]
    B --> C["writeBytes 写入数据"]
    C --> D["writerIndex 向后移动"]
    D --> E["readBytes 读取数据"]
    E --> F["readerIndex 向后移动"]
    F --> G{"已读区域是否可丢弃"}
    G -- "是" --> H["discardReadBytes 回收已读空间"]
    G -- "否" --> I["继续等待或继续读取"]

如果不理解这套指针，很容易出现两类问题：

1. 读取前不判断 readableBytes()，半包时读越界。
2. 写入大包前不关注容量和最大容量，异常客户端可能撑爆内存。

堆内存与直接内存

类型	特点	场景
Heap ByteBuf	JVM 堆内，创建成本低	业务处理、需要访问数组
Direct ByteBuf	堆外内存，减少拷贝	高吞吐网络 IO
Composite ByteBuf	多个 Buffer 组合	零拷贝拼接响应

引用计数

Netty 使用引用计数管理部分 ByteBuf。当引用计数归零后，内存可以释放。最常见的内存泄漏原因是收到 ByteBuf 后没有释放，或者异步使用时提前释放。

flowchart TD
    A[收到 ByteBuf] --> B{是否继续传递给下一个Handler}
    B -- 是 --> C[由后续Handler负责释放]
    B -- 否 --> D[业务读取数据]
    D --> E[finally中 release]

引用计数的本质是“谁持有，谁负责释放”。如果一个 Handler 消费了消息但不再往后传，就要释放；如果还要交给下一个 Handler，就让后面的处理器接手；如果要跨线程异步使用，就要先 retain()，避免当前线程结束后对象被释放。

如果不会这样做，后果通常不是立刻报错，而是运行一段时间后堆外内存持续上涨，最后出现 OutOfDirectMemoryError 或频繁 Full GC。

开发建议

1. 入站处理器如果消费了消息且不继续向后传递，需要释放。
2. 使用 SimpleChannelInboundHandler 时，默认会自动释放读取到的消息。
3. 异步线程中使用 ByteBuf 前要 retain，使用完再 release。
4. 开发环境打开泄漏检测，方便定位未释放的调用栈。

代码 Demo：读写 ByteBuf

ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(16);

buffer.writeInt(100);
buffer.writeBytes("ok".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

int number = buffer.readInt();
byte[] bytes = new byte[buffer.readableBytes()];
buffer.readBytes(bytes);

System.out.println(number);
System.out.println(new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8));

引用计数释放示例：

ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer();
try {
    buf.writeBytes("hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    // 读取或处理数据
} finally {
    ReferenceCountUtil.release(buf);
}

如果使用 SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>，默认会在 channelRead0 执行完后自动释放消息。