编解码框架和一些常用的实现位于io.netty.handler.codec包中。
编解码框架包含两部分：Byte流和特定类型数据之间的编解码，也叫序列化和反序列化。不类型数据之间的转换。
下图是编解码框架的类继承体系:
其中MessageToByteEncoder和ByteToMessageDecoder是实现了序列化和反序列化框架。 MessageToMessage是不同类型数据之间转换的框架。
序列化抽象实现: MessageToByteEncoder<I>
序列化是把 I 类型的数据转换成Byte流。这个抽象类通过实现ChannelOutboundHandler的write方法在写数据时把 I 类型的数据转换成Byte流，下面是write方法的实现:
@Override
public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
ByteBuf buf = null;
try {
if (acceptOutboundMessage(msg)) {
@SuppressWarnings("unchecked")
I cast = (I) msg;
buf = allocateBuffer(ctx, cast, preferDirect);
try {
encode(ctx, cast, buf);
} finally {
ReferenceCountUtil.release(cast);
} if (buf.isReadable()) {
ctx.write(buf, promise);
} else {
buf.release();
ctx.write(Unpooled.EMPTY_BUFFER, promise);
}
buf = null;
} else {
ctx.write(msg, promise);
}
} catch (EncoderException e) {
throw e;
} catch (Throwable e) {
throw new EncoderException(e);
} finally {
if (buf != null) {
buf.release();
}
}
}
5行, 检查msg的类型，如果是 I 类型返回true, 否则返回false。
7-10行， 分配一块buffer, 并调用encode方法把msg编码成Byte流放进这个buffer中。
15-19行，对含有Byte流程数据的buffer继续执行写操作。(不清楚写操作流程的可以参考<<netty源码解解析(4.0)-15 Channel NIO实现:写数据>>)
23行，如果msg不是 I 类型，跳过这个Handler, 继续执行写操作。
这里调用的encode方法是一个抽象方法，留给子类实现定制的序列化操作。
反序列化抽象实现: ByteToMessageDecoder
这个抽象类型解决的主要问题是从Byte流中提取数据包。数据包是指刚好可以反序列化成一个特定类型Message的Byte数组。但是在数据包长度不确定的情况下，没办法每次刚好从Byte流中刚好分离一个数据包。每次从Byte流中读取数据有多种可能:
- 刚好是一个或多个完整的数据包。
- 不足一个完整的数据包，或错误的数据。
- 包含一个或多个完整的数据包，但有多余的数据不足一个完整的数据包或错误的数据。
这个问题本质上和"TCP粘包"问题相同。解决这个问题有两个关键点:
- 能够确定数据包在Byte流中的开始位置和长度。
- 需要暂时缓存不完整的数据包，等待后续数据拼接完整。
关于第(1)点，在这个抽象类中没有处理，只是定义了一个抽象方法decode，留给子类处理。关于第(2)点，这个类定义了一个Cumulator(堆积器)来处理，把不完整的数据包暂时堆积到Cumulator中。Cumulator有两个实现: MERGE_CUMULATOR(合并堆积器)，COMPOSITE_CUMULATOR(组合堆积器)。默认使用的是MERGE_CUMULATOR。下面详细分析一下这两种Cumulator的实现。
MERGE_CUMULATOR的实现
这是一个合并堆积器，使用ByteBuf作为堆积缓冲区，把通过把数据写到堆积缓冲实现新旧数据合并堆积。
@Override
public ByteBuf cumulate(ByteBufAllocator alloc, ByteBuf cumulation, ByteBuf in) {
final ByteBuf buffer;
if (cumulation.writerIndex() > cumulation.maxCapacity() - in.readableBytes()
|| cumulation.refCnt() > 1 || cumulation instanceof ReadOnlyByteBuf) {
// Expand cumulation (by replace it) when either there is not more room in the buffer
// or if the refCnt is greater then 1 which may happen when the user use slice().retain() or
// duplicate().retain() or if its read-only.
//
// See:
// - https://github.com/netty/netty/issues/2327
// - https://github.com/netty/netty/issues/1764
buffer = expandCumulation(alloc, cumulation, in.readableBytes());
} else {
buffer = cumulation;
}
buffer.writeBytes(in);
in.release();
return buffer;
}
4-13行，如果当前的堆积缓冲区不能用了，分配一块新的，把旧缓冲区中的数据转移到新缓冲区中，并用新的替换旧的。当前堆积缓冲区不能用的条件是:
cumulation.writerIndex() > cumulation.maxCapacity() - in.readableBytes(): 容量不够
或者 cumulation.refCnt() > 1 : 在其他地方本引用
或者 cumulation instanceof ReadOnlyByteBuf 是只读的
17行，把数据追加到堆积缓冲区中。
COMPOSITE_CUMULATOR的实现
这是一个合并堆积器，和MERGE_CUMULATOR不同的是他使用的是CompositeByteBuf作为堆积缓冲区。
@Override
public ByteBuf cumulate(ByteBufAllocator alloc, ByteBuf cumulation, ByteBuf in) {
ByteBuf buffer;
if (cumulation.refCnt() > 1) {
// Expand cumulation (by replace it) when the refCnt is greater then 1 which may happen when the user
// use slice().retain() or duplicate().retain().
//
// See:
// - https://github.com/netty/netty/issues/2327
// - https://github.com/netty/netty/issues/1764
buffer = expandCumulation(alloc, cumulation, in.readableBytes());
buffer.writeBytes(in);
in.release();
} else {
CompositeByteBuf composite;
if (cumulation instanceof CompositeByteBuf) {
composite = (CompositeByteBuf) cumulation;
} else {
composite = alloc.compositeBuffer(Integer.MAX_VALUE);
composite.addComponent(true, cumulation);
}
composite.addComponent(true, in);
buffer = composite;
}
return buffer;
}
4-13行，和MERGE_CUMULATOR一样。
15-23行，如果当前的堆积缓冲区不是CompositeByteBuf类型，使用一个新的CompositeByteBuf类型的堆积缓冲区代替，并把数据转移的新缓冲区中。
分离数据包的主流程
ByteToMessageDecoder是ChannelInboundHandlerAdapter的派生类，它通过覆盖channelRead实现了反序列化的主流程。这个主流程主要是对堆积缓冲区cumulation的管理，主要步骤是:
- 把Byte流数据追加到cumulation中。
- 调用decode方法从cumulation中分离出完整的数据包，并把数据包反序列化成特定类型的数据，直到不能分离数据包为止。
- 检查cumulation，如果没有剩余数据，就销毁掉这个cumulation。否则，增加读计数。如果读计数超过丢弃阈值，丢掉部分数据，这一步是为了防止cumulation中堆积的数据过多。
- 把反序列化得到的Message List传递到pipeline中的下一个ChannelInboundHandler处理。
由于使用了cumulation，ByteToMessageDecoder就变成了一个有状态的ChannelHandler, 它必须是独占的，不能使用ChannelHandler.@Sharable注解。
在channelRead中，并没有直接调用decode方法，而是通过callDecode间接调用。而callDecdoe也不是直接调用，而是调用了decodeRemovalReentryProtection方法，这个方法只是对decode调用的简单封装。参数in是堆积缓冲区cumulation。 这个方法主要实现上面描述的第2个步骤。
//在channelRead中调用方式:callDecode(ctx, cumulation, out);
protected void callDecode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) {
try {
while (in.isReadable()) {
int outSize = out.size(); if (outSize > 0) {
fireChannelRead(ctx, out, outSize);
out.clear(); // Check if this handler was removed before continuing with decoding.
// If it was removed, it is not safe to continue to operate on the buffer.
//
// See:
// - https://github.com/netty/netty/issues/4635
if (ctx.isRemoved()) {
break;
}
outSize = 0;
} int oldInputLength = in.readableBytes();
decodeRemovalReentryProtection(ctx, in, out); // Check if this handler was removed before continuing the loop.
// If it was removed, it is not safe to continue to operate on the buffer.
//
// See https://github.com/netty/netty/issues/1664
if (ctx.isRemoved()) {
break;
} if (outSize == out.size()) {
if (oldInputLength == in.readableBytes()) {
break;
} else {
continue;
}
} if (oldInputLength == in.readableBytes()) {
throw new DecoderException(
StringUtil.simpleClassName(getClass()) +
".decode() did not read anything but decoded a message.");
} if (isSingleDecode()) {
break;
}
}
} catch (DecoderException e) {
throw e;
} catch (Exception cause) {
throw new DecoderException(cause);
}
}
5-19行，如果已经成功分离出了至少一个数据包并成功反序列化，就调用fireChannelRead把得到的Message传递给pipeline中的下一个Handler处理。fireChannelRead会对out中的每一个Message调用一次ctx.fireChannelRead。
22,23行，先记下in中的数据长度，再执行反序列化操作。
33,39行，如果outSize == out.size()(没有反序列化到新的Message), 且oldInputLength == in.readableBytes()(in中的数据长度没有变化)表示in中的数据不足以完成一次反序列化操作，跳出循环。否则，继续。
41行，出现了异常，完成了一次反序列化操作，但in中的数据没变化，凭空多了(或少了)一些反序列化的后Message。
同时可以进行序列化和反序列化的抽象类: ByteToMessageCodec<I>
这个类是ChannelDuplexHandler的派生类，可以同时序列化和反序列化操作。和前面两个类相比，它没什么特别是实现，内部使用MessageToByteEncoder<I>
序列化，使用ByteToMessageDecoder反序列化。
类型转换编码的抽象实现: MessageToMessageEncoder<I>
这个类是ChannelOutboundHandlerAdapter的派生类，它在功能是在write过程中，把 I 类型的数据转换成另一种类型的数据。它定义了抽象方法encode，有子类负责实现具体的转换操作。
@Override
public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
CodecOutputList out = null;
try {
if (acceptOutboundMessage(msg)) {
out = CodecOutputList.newInstance();
@SuppressWarnings("unchecked")
I cast = (I) msg;
try {
encode(ctx, cast, out);
} finally {
ReferenceCountUtil.release(cast);
} if (out.isEmpty()) {
out.recycle();
out = null; throw new EncoderException(
StringUtil.simpleClassName(this) + " must produce at least one message.");
}
} else {
ctx.write(msg, promise);
}
} catch (EncoderException e) {
throw e;
} catch (Throwable t) {
throw new EncoderException(t);
} finally {
if (out != null) {
final int si*usOne = out.size() - 1;
if (si*usOne == 0) {
ctx.write(out.get(0), promise);
} else if (si*usOne > 0) {
// Check if we can use a voidPromise for our extra writes to reduce GC-Pressure
// See https://github.com/netty/netty/issues/2525
ChannelPromise voidPromise = ctx.voidPromise();
boolean isVoidPromise = promise == voidPromise;
for (int i = 0; i < si*usOne; i ++) {
ChannelPromise p;
if (isVoidPromise) {
p = voidPromise;
} else {
p = ctx.newPromise();
}
ctx.write(out.getUnsafe(i), p);
}
ctx.write(out.getUnsafe(si*usOne), promise);
}
out.recycle();
}
}
}
6-12行，如果msg是 I 类型的数据，调用encode把它转换成另一种类型。
16-20行，如果没有转换成功，抛出异常。
23行， 如果msg不是 I 类型，跳过当前的Handler。
31-50， 如果转换成功，把转换后的数据传到到下一个Handler处理。33行处理只有一个转换结果的情况。37-48行处理有多个转换结果的情况。
类型转换解码的抽象实现: MessageToMessageDecoder<I>
这个类是ChannelInboundHandlerAdapter的派生类，它的功能是在read的过程中，把 I 类型的数据转换成另一种类型的数据。它定义了抽象方法decode，有子类负责实现具体的转换操作。它的channelRead和上面的类实现相似，但更简单，这里就不再分析源码了。
类型转换编解码的抽象实现: MessageToMessageCodec<INBOUND_IN, OUTBOUND_IN>
这个类是ChannelDuplexHandler的派生类，它的功能是在write过程中把OUTBOUND_IN类型的数据转换成INBOUND_IN类型的数据，在read过程中进程相反的操作。它没有特别的实现，内部使用前面的两个类实现编解码。