「蘑菇街技术」每个人都想听的技术解析--Netty( 二 ) 作者：一川小编先说：这篇内

零拷贝
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一个特定区域。这种技术通常用于通过网络传输文件时节省CPU周期和内存带宽。
上面这段话摘自维基百科，解释也比较通俗易懂，零拷贝实际也就是为了减少内存与其他存储区域之间复制次数,也因此 CPU 的效率就能得以提升，如果按照拷贝区域来划分，在netty中我们可以分成这几种，从系统层面来说，就是用户空间和内核空间之间的数据拷贝，从java应用程序层面来说，包括java堆内和堆外内存之间拷贝、堆内之间的内存拷贝。
1、减少用户和内核空间之间的数据拷贝: FileRegion
这种零拷贝主要应用于文件传输（相关使用方法见io.netty.example.http.file.HttpStaticFileServerHandler），其最终调用方法DefaultFileRegion.transferTo本质其实就是基于NIO的FileChannel.transferTo来实现的。所以我们不如直击其本源，直接来介绍FileChannel.transferTo这个方法，如下图第一个红框中的内容，这个方法可能比简单循环的从一个channel中读取数据再写到目标channel中更有效，（这里划重点“可能” ，而为什么是可能呢，因为这依赖于操作系统底层的支持），许多操作系统如Linux就可以直接将字节从文件系统缓存传输到目标通道，而不需要实际复制它们。而操作系统底层又是怎么支持的呢？
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假设我们这里有个使用场景是这样的，我们先读取硬盘中的数据，然后再写出到IO设备当中；假设这是个java应用，首先虚拟机会通过用户空间向内核空间发送read()这样的系统调用，紧接着操作系统会将用户空间模式切换到内核空间模式，这里就会涉及到一次上下文切换，之后内核空间会向硬盘发出一个读取数据的请求，数据这个时候就会被读取到内核空间的缓冲区当中，注意这一步是通过DMA的方式去进行的，也就是direct memory access（这里有一点需要注意的是，一般情况下，硬盘或IO设备到内核空间的复制操做都是由DMA引擎执行的，内核空间和用户空间之间的的数据拷贝都是由cpu执行的）；拷贝完之后，用户空间还是无法直接使用的，还需要在将这份数据原封不动的拷贝到用户空间的缓冲区，接下来你就可以继续执行你的业务逻辑代码，这时候这个read操作就结束了；接着就是write方法，操作系统会将内核空间上的socket buffer真正的写到IO设备当中去，等操作完成后， write方法就会返回；而这整个流程就会涉及到四次的上下文切换和四次数据拷贝，而其中内核与用户之间的两次数据拷贝，在我们看来是没有必要的。那有没有办法去减少这两次不必要的上下文切换以及数据拷贝呢？
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答案是有的，但是需要注意的是，这是得依赖于操作系统的，操作系统支持这样的命令才可以去进行， Java本身是做不了任何事情的，这个时候实际是是调用了sendfilte的系统命令（Linux2.2起始，具体可见）；首先也是通过直接内存访问的方式将磁盘中的数据拷贝到内核空间，接着将这个数据拷贝到socket 缓冲区中，然后拷贝sokcet缓冲区中的数据到网络IO设备中去进行数据发送。
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但是我们发现这里有一层复制好像还是多余的，就是拷贝到socket缓冲区，庆幸的是在Linux2.4中，这便得到了优化，如下图，数据并未被复制到socket关联的缓冲区内。只是将记录数据位置和长度的描述符加入到socket缓冲区中。 DMA模块将数据直接从内核缓冲区传递给Protocol Engine ，从而中间拷贝到socket缓冲区的这层复制。
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2、减少Java堆内和堆外内存拷贝:DirectByteBuffer
比如这里我们举个例子，这里如果我们使用HeapByteBuffer进行数据读取写入的时候，会发生什么呢？首先你再创建的时候jvm会帮我们在堆上面去创建一个byte数组，但是需要注意的是，这个时候这个byte数组是没法直接被操作系统所使用的，操作系统会在Java内存模型外又会开辟一个内存区域，也就是将java堆上byteBuffer 会拷贝到刚刚系统开辟的内存里面，然后再将这里面的数据拿出来跟io设备进行交互；这里大家会不会有疑问，既然操作系统能访问堆上这块数据的，为什么不直接在上面进行操作，但是实际并没有这么简单，当我们操作系统通过JNI访问接口的时候，正好发生了GC,我们都知道除了cms这种使用标记清除算法之外，其他的垃圾回收器一般都会使用标记压缩这种方式，也是为了避免内存碎片，但是这样的话,就会找不到之前的地址了，从而发生异常,所以直接操作是不安全的，直接被pass了。