零拷贝

概述

所谓的【零拷贝】，并不是真正无拷贝，而是在不会拷贝重复数据到 jvm 内存中。

零拷贝的优点有：

更少的用户态与内核态的切换
不利用 cpu 计算，减少 cpu 缓存伪共享
零拷贝适合小文件传输

前言

传统的IO操作，例如一个文件的传输：

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(new File("data.txt"), "r");
byte[] buf = new byte[1024*1024];
file.read(buf);
// 以流的形式进行网络传输
socket.getOutputStream().write(buf);

数据拷贝流程：

java 本身并不具备 IO 读写能力，需要利用操作系统来完成，因此 read 方法调用后，要从 java 程序的用户态切换至内核态，去调用操作系统（Kernel）的读能力，将数据读入内核缓冲区。这期间用户线程阻塞，操作系统使用 DMA（Direct Memory Access）来实现文件读，其间也不会使用 cpu。

DMA 也可以理解为硬件单元，用来解放 cpu 完成文件 IO。
从内核态切换回用户态，将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区（即 byte[] buf），这期间 cpu 会参与拷贝，无法利用 DMA。
调用 write 方法，这时将数据从用户缓冲区（byte[] buf）写入 socket 缓冲区，cpu 会参与拷贝。
接下来要向网卡写数据，这项能力 java 又不具备，因此又得从用户态切换至内核态，调用操作系统的写能力，使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu。

总结：

用户态与内核态的切换发生了 3 次，这个操作比较重量级。
数据拷贝了共 4 次。

零拷贝优化

NIO优化

NIO中有一个DirectByteBuf缓冲区，DirectByteBuffer是ByteBuffer的一种特殊类型，它与普通的HeapByteBuffer有所不同。HeapByteBuffer是在Java堆上分配内存的，而DirectByteBuffer是在操作系统的内存中直接分配的，通常称为直接内存。

流程：