NIO之零拷贝

1. 传统IO

1.1 工作流程

File f = new File("helloword/data.txt");
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(file, "r");

byte[] buf = new byte[(int)f.length()];
file.read(buf);

Socket socket = ...;
socket.getOutputStream().write(buf);

• 经过三次模式切换
• 经过四次数据拷贝

2. NIO优化一

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(10)；

• 将用户态缓冲区逻辑地址和内核态缓冲区逻辑地址映射到同一物理地址上。
• Java可以通过DirectByteBuffer这个引用访问到堆外用户缓冲区。
  • 这块内存不受GC的影响，因此内存地址固定，有助于IO读写
  • Java中DirectByteBuffer对象仅维护此内存地址的虚引用，该内存回收分为两步
    • DirectByteBuffer对象被垃圾回收，将虚引用加入引用队列
    • 通过专门的线程访问引用队列，根据虚引用释放堆外内存。
• 总结
  • 模式切换次数不变
  • 但是会少了1次数据拷贝

3. NIO优化二

channel.transferTo();
channel.transferFrom();

1. Java调用transferTo 方法后，Java程序从用户态切换到内核态，使用DMA将数据直接读入内核缓冲区，不会使用CPU
2. 数据从内核缓冲区传输到socket缓冲区，CPU参与拷贝
3. 最后使用DMA将socket缓冲区的数据写入网卡，也不会使用CPU

•  底层使用了Linux2.1 提供的sendFile方法
• 只发生了一次模式切换
• 数据拷贝还是三次。

4. NIO优化三

channel.transferTo();
channel.transferFrom();

1.  Java调用transforTo方法后，Java程序从用户态切换为内核态，使用DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用CPU
2. 只会将一些offset和length信息拷入socket缓冲区，几乎无消耗
3. 使用DMA将内核缓冲区的数据写入网卡，不会使用CPU

• 底层使用了linux2.4提供的新技术
• 还是一次模式切换
• 但是数据拷贝变为两次。

5. 什么是零拷贝

• 零拷贝不是无拷贝，而是不会拷贝数据到JVM内存中。
• 零拷贝的优点
  • 更少的用户态和内核态的切换
  • 不利用CPU计算，减少CPU缓存伪共享
  • 零拷贝适合小文件传输。