零拷贝

• 在 Java 程序中，常用的零拷贝有 mmap(内存映射射) 和 sendFile

• 传统io
  

• mmap优化

mmap 通过内存映射，将文件映射到内核缓冲区，同时，用户空间可以共享内核空间的数据。
这样，在进行网络传输时，就可以减少内核空间到用户控件的拷贝次数

• sendFile优化

Linux 2.1 版本 提供了sendFile 函数，其基本原理如下：数据根本不经过用户态，直接从内核缓冲区进入到 SocketBuffer，
同时，由于和用户态完全无关，就减少了一次上下文切换
 
零拷贝从操作系统角度，是没有cpu 拷贝

Linux 在 2.4 版本中，做了一些修改，避免了从内核缓冲区拷贝到 Socketbuffer 的操作，直接拷贝到协议栈，从而再一次减少了数据拷贝。
 
这里其实有 一次cpu 拷贝kernel buffer -> socket buffer，但是，拷贝的信息很少，比如lenght , offset , 消耗低，可以忽略

• 零拷贝理解

1) 我们说零拷贝，是从操作系统的角度来说的。因为内核缓冲区之间，没有数据是重复的（只有 kernel buffer 有一份数据）。
2) 零拷贝不仅仅带来更少的数据复制，还能带来其他的性能优势，例如更少的上下文切换，更少的 CPU 缓存伪共享以及无 CPU 校验和计算

• mmap 和 sendFile 的区别

1) mmap 适合小数据量读写，sendFile 适合大文件传输。
2) mmap 需要 4 次上下文切换，3 次数据拷贝；sendFile 需要 3 次上下文切换，最少 2 次数据拷贝。
3) sendFile 可以利用 DMA 方式，减少 CPU 拷贝，mmap 则不能（必须从内核拷贝到 Socket 缓冲区）。

• 使用传统的IO 方法传递一个大文

# 服务端
public class OldIOServer {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7001);
 
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
 
            try {
                byte[] byteArray = new byte[4096];
 
                while (true) {
                    int readCount = dataInputStream.read(byteArray, 0, byteArray.length);
 
                    if (-1 == readCount) {
                        break;
                    }
                }
            } catch (Exception ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
 
# 客户端
public class OldIOClient {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket("localhost", 7001);
 
        String fileName = "protoc-3.6.1-win32.zip";
        InputStream inputStream = new FileInputStream(fileName);
 
        DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
 
        byte[] buffer = new byte[4096];
        long readCount;
        long total = 0;
 
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        while ((readCount = inputStream.read(buffer)) >= 0) {
            total += readCount;
            dataOutputStream.write(buffer);
        }
 
        System.out.println("发送总字节数： " + total + ", 耗时： " + (System.currentTimeMillis() - startTime));
 
        dataOutputStream.close();
        socket.close();
        inputStream.close();
    }
}

• 使用NIO 零拷贝方式传递(transferTo)一个大文件

# 服务端
public class NewIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
 
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(7001);
 
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
 
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
 
        serverSocket.bind(address);
 
        //创建buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4096);
 
        while (true) {
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
 
            int readcount = 0;
            while (-1 != readcount) {
                try {
 
                    readcount = socketChannel.read(byteBuffer);
 
                }catch (Exception ex) {
                   // ex.printStackTrace();
                    break;
                }
                //
                byteBuffer.rewind(); //倒带 position = 0 mark 作废
            }
        }
    }
}
 
# 客户端
public class NewIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
 
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 7001));
        String filename = "protoc-3.6.1-win32.zip";
 
        //得到一个文件channel
        FileChannel fileChannel = new FileInputStream(filename).getChannel();
 
        //准备发送
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        //在linux下一个transferTo 方法就可以完成传输
        //在windows 下 一次调用 transferTo 只能发送8m , 就需要分段传输文件, 而且要主要
        //传输时的位置 =》 课后思考...
        //transferTo 底层使用到零拷贝
        long transferCount = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);
 
        System.out.println("发送的总的字节数 =" + transferCount + " 耗时:" + (System.currentTimeMillis() - startTime));
 
        //关闭
        fileChannel.close();
 
    }
}

• Java AIO 基本介绍

1) JDK 7 引入了 Asynchronous I/O，即 AIO。在进行 I/O 编程中，常用到两种模式：
Reactor和 Proactor。Java 的 NIO 就是 Reactor，当有事件触发时，服务器端得到通知，进行相应的处理
2) AIO 即 NIO2.0，叫做异步不阻塞的 IO。AIO 引入异步通道的概念，采用了Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用
3) 目前 AIO 还没有广泛应用，Netty 也是基于NIO, 而不是AIO

• BIO、NIO、AIO对比