NIO零拷贝传文件案例(附可用代码)

零拷贝比传统的IO拷贝性能高很多，主要是减少了内核和用户模式之间的上下文切换次数。零拷贝完全依赖于操作系统。操作系统支持，就有；不支持，就没有。不依赖Java本身。

传统I/O

在Java中，我们可以通过InputStream从源数据中读取数据流到一个缓冲区里，然后再将它们输入到OutputStream里。我们知道，这种IO方式传输效率是比较低的。那么，当使用上面的代码时操作系统会发生什么情况：

这是一个从磁盘文件读取并且通过socket写出的过程，对应的系统调用如下：

 

read(file,tmp_buf,len)
write(socket,tmp_buf,len)

 

1. 程序使用read()系统调用。系统由用户态转换为内核态(第一次上线文切换)，磁盘中的数据有DMA（Direct Memory Access)的方式读取到内核缓冲区(kernel buffer)。DMA过程中CPU不需要参与数据的读写，而是DMA处理器直接将硬盘数据通过总线传输到内存中。
2. 系统由内核态转换为用户态（第二次上下文切换），当程序要读取的数据已经完成写入内核缓冲区以后，程序会将数据由内核缓存区，写入用户缓存区），这个过程需要CPU参与数据的读写。
3. 程序使用write()系统调用。系统由用户态切换到内核态(第三次上下文切换)，数据从用户态缓冲区写入到网络缓冲区(Socket Buffer)，这个过程需要CPU参与数据的读写。
4. 系统由内核态切换到用户态（第四次上下文切换），网络缓冲区的数据通过DMA的方式传输到网卡的驱动(存储缓冲区)中(protocol engine)

案例是从一个文件中传送数据，如图所示为从CodeForces.rar传数据。

 

所传送文件的大小如图：是19130字节

客户端NewIOClient.java :

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NewIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost",4399));
        String filename="CodeForces.rar";

        //得到文件的channel
        FileChannel fileChannel = new FileInputStream(filename).getChannel();

        long startTimeMillis = System.currentTimeMillis();

        //在Linux下一个transto函数可以完成传输
        //在windows下一次调用只能发送8M的文件,需要分段传输文件，而且要注意传送时的位置
        //transferto底层用到零拷贝,传送到socketchannel中
        long transfercount = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);
        System.out.println("发送的字节数为:"+transfercount+"，耗时为:" + (System.currentTimeMillis() - startTimeMillis));
        fileChannel.close();

    }
}

服务端NewIOServer.java :

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NewIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(4399);
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        serverSocket.bind(inetSocketAddress);

        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (true){
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            int readacount=0;
            while (-1!=readacount){
                try {
                    readacount = socketChannel.read(byteBuffer);
                }catch (Exception e){
                    break;
                }
                byteBuffer.rewind();    //将buffer的position置为0，mark作废
            }
        }
    }
}

先运行服务端代码，再运行客户端，发现只用了7ms,而传统IO至少要20ms以上，可用看出零拷贝这种方式是很节约开销的了。