Netty的零拷贝

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Java的零拷贝 - FileChannel.transferTo

通过java的FileChannel.transferTo方法，可以避免上面两次多余的拷贝（当然这需要底层操作系统支持）

1. 调用transferTo,数据从文件由DMA引擎拷贝到内核read buffer
2. 接着DMA从内核read buffer将数据拷贝到网卡接口buffer

image.png

sendfile实现原理

sendfile() 来进行网络传输的过程：

sendfile(socket, file, len);

硬盘 >> kernel buffer (快速拷贝到kernel socketbuffer) >> 协议栈

1、系统调用 sendfile() 通过 DMA 把硬盘数据拷贝到 kernel buffer，然后数据被 kernel 直接拷贝到另外一个与 socket 相关的 kernel buffer。这里没有 user mode 和 kernel mode 之间的切换，在 kernel 中直接完成了从一个 buffer 到另一个 buffer 的拷贝。

2、DMA 把数据从 kernel buffer 直接拷贝给协议栈，没有切换，也不需要数据从 user mode 拷贝到 kernel mode，因为数据就在 kernel 里。

步骤减少了，切换减少了，拷贝减少了，自然性能就提升了。

Netty的零拷贝

Netty中也用到了FileChannel.transferTo方法，所以Netty的零拷贝也包括上面将的操作系统级别的零拷贝。除此之外，在ByteBuf的实现上，Netty也提供了零拷贝的一些实现。

关于ByteBuffer，Netty提供了两个接口:

1. ByteBuf
2. ByteBufHolder

对于ByteBuf，Netty提供了多种实现：

1. Heap ByteBuf:直接在堆内存分配（用户态直接 I/O）
2. Direct ByteBuf：直接在内存区域分配而不是堆内存
3. CompositeByteBuf：组合Buffer

1、Direct Buffers（用户态直接 I/O）

直接在内存区域分配空间，而不是在堆内存中分配。如果使用传统的堆内存分配，当我们需要将数据通过socket发送的时候，就需要从堆内存拷贝到直接内存，然后再由直接内存拷贝到网卡接口层。
Netty提供的直接Buffer，直接将数据分配到内存空间，从而避免了数据的拷贝，实现了零拷贝。

2、Composite Buffers

传统的ByteBuffer，如果需要将两个ByteBuffer中的数据组合到一起，我们需要首先创建一个size=size1+size2大小的新的数组，然后将两个数组中的数据拷贝到新的数组中。但是使用Netty提供的组合ByteBuf，就可以避免这样的操作，因为CompositeByteBuf并没有真正将多个Buffer组合起来，而是保存了它们的引用，从而避免了数据的拷贝，实现了零拷贝。

3、对于FileChannel.transferTo的使用（sendfile）

Netty中使用了FileChannel的transferTo方法，该方法依赖于操作系统实现零拷贝。

总结

Netty的零拷贝体现在三个方面：

1. Netty的接收和发送ByteBuffer采用DIRECT BUFFERS，使用堆外直接内存进行Socket读写，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）进行Socket读写，JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，然后才写入Socket中。相比于堆外直接内存，消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。

2. Netty提供了组合Buffer对象，可以聚合多个ByteBuffer对象，用户可以像操作一个Buffer那样方便的对组合Buffer进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小Buffer合并成一个大的Buffer。

3. Netty的文件传输采用了transferTo方法，它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题。