《Java 核心技术面试》课程笔记（十二）

Java 有几种文件拷贝方式？哪一种最高效？

典型回答

• Java 有多种比较典型的文件拷贝实现方式，比如：利用java.io 类库，直接为源文件构建一个 FileInputStream 读取，然后再为目标文件构建一个 FileOutputStream，完成写入工作。
• 或者，利用 java.nio 类库提供的 transferTo 或 transferFrom 方法实现。总体上来说，NIO transferTo/From 的方式可能更快，因为它更能利用现代操作系统底层机制，避免不必要拷贝和上下文切换。

考点分析

• 从面试的角度来看，确实是一个面试考察的点，针对我上面的典型回答，面试官还可能会从实践角度，或者 IO 底层实现机制等方面进一步提问。
• 从技术角度展开，下面这些方面值得注意：
  • 不同的 copy 方式，底层机制有什么区别？
  • 为什么零拷贝（zero-copy）可能有性能优势？
  • Buffer 分类与使用。
  • Direct Buffer 对垃圾收集等方面的影响与实践选择。

知识扩展

• 拷贝实现机制分析
  • 先来理解一下，不同拷贝方法，本质上有什么明显的区别。
  • 首先，你需要理解用户态空间（User Space）和内核态空间（Kernel Space），这是操作系统层面的基本概念。
  • 操作系统内核、硬件驱动等运行在内核态空间，具有相对高的特权；而用户态空间，则是给普通应用和服务使用。
  • 当我们使用输入输出流进行读写时，实际上是进行了多次上下文切换，比如应用读取数据时，先在内核态将数据从磁盘读取到内核缓存，再切换到用户态将数据从内核缓存读取到用户缓存。写入操作也是类似，仅仅是步骤相反。
    
  • 所以，这种方式会带来一定的额外开销，可能会降低 IO 效率。
• 基于 NIO transferTo 的实现方式，在 Linux 和 Unix 上，则会使用到零拷贝技术。
  • 数据传输并不需要用户态参与，省去了上下文切换的开销和不必要的内存拷贝，进而可能提高应用拷贝性能。
  • transferTo 不仅仅是可以用在文件拷贝中，与其类似的，例如读取磁盘文件，然后进行 Socket 发送，同样可以享受这种机制带来的性能和扩展性提高。
  • transferTo 的传输过程是：
    
• 简单从实践角度总结一下，如何提高类似拷贝等 IO 操作的性能，有一些宽泛的原则：
  • 在程序中，使用缓存等机制，合理减少 IO 次数（在网络通信中，如 TCP 传输，window 大小也可以看作是类似思路）
  • 使用 transferTo 等机制，减少上下文切换和额外 IO 操作。
  • 尽量减少不必要的转换过程，比如编解码；对象序列化和反序列化，比如操作文本文件或者网络通信，如果不是过程中需要使用文本信息，可以考虑不要将二进制信息转换成字符串，直接传输二进制信息。