Java零拷贝问题

概述

零复制（英语：zero-copy；也叫做零拷贝）技术是指计算机执行操作时，cpu不需要先将数据从某处内存复制到另外一个特定区域。这种技术通常通过网络传输文件时节省CPU周期和带宽。

传统IO传输模型

传统IO分析

在Java当中IO存在这三个对象，一个是user space用户空间，一个是kernel space内核空间，还有一个是hardware磁盘对象

• 当jvm发起了一次读取事件时，首先会通过内核空间对磁盘进行一次DAM的IO操作，将磁盘中的数据写入到内核空间当中。
• 再将内核空间中的数据进行一次拷贝，将数据拷贝到用户空间当中
• 当jvm发起一次写入事件时，先将用户空间中的数据拷贝到内核空间中
• 再通过内核空间将数据写入到磁盘中

这种拷贝我们进行了四次拷贝和四次上下文切换，这种拷贝和上下文切换极大的消耗时间和性能

网络IO改进版本

其实这种模型他也是一种零拷贝，但是它在内核当中多做了一步拷贝过程，将内核空间中的数据拷贝到了socket buffer当中，这是这个模型的一个大缺陷。

它总共进行了两次上下文的切换，和三次拷贝过程

真正的零拷贝

• 在JVM发起读取文件请求时，将文件操作完全交给了系统内核来操作
• 通过DMA拷贝将数据读取到内核空间当中，再将内核当中的数据头信息（比如：文件名称，文件长度等信息拷贝到socket Buffer中 当然这个过程时间我们可以忽略不记）再将kemel buffer中的数据通过文件引擎，配合socket buffer中的信息一起写入到文件磁盘当中。
• 当然这种拷贝需要系统支持scatter-and-gather

Java NIO中实现零拷贝的几种方式

DirectByteBuffer

在调用ByteBuffer.allocateDirect()方法获得。JVM将使用malloc()方法在堆内存之外分配内存空间。因为它不是由JVM管理，所以你的内存空间是页面对其的，不受GC影响 ，这使得它成为处理本地代码的完美选择。然而你需要像C程序员一样，自己管理内存。

MappedByteBuffer

零拷贝是操作系统底层的一种实现，我们在网络编程中，利用操作系统这一特性，可以大大提高数据传输的效率。这也是目前网络编程框架中都会采用的方式，理解好零拷贝，有助于我们进一步学习Netty等网络通信框架的底层原理。