什麼是零拷貝，Netty是如何實現的？_Tom彈架構

呢作為一個高效能的網路通訊框架，被越來越多網際網路公司關注和重視。最近，有小夥伴在面試過程中被問到Netty是如何實現零拷貝的問題？，今天，我給大家來聊一聊。另外，往期面試題解析中配套的文件我已經準備好，想獲得的可以在我的煮葉簡介中找到。

我們先來看什麼是零拷貝？

在計算機中，完成資料傳輸，要麼是通過網路，要麼就是通過本地磁碟。通常完成一次完整I/O互動流程分為兩階段，首先拷貝到系統核心空間，由作業系統來完成；緊接著要拷貝到使用者空間，這個由應用程式來完成，具體互動流程如下圖所示。

那什麼是零拷貝呢？顧名思義，零拷貝的意思包括兩個部分，“零”和“拷貝”：

“拷貝”：就是指資料從一個儲存區域轉移到另一個儲存區域。

“零” ：表示次數為0，它表示拷貝資料的次數為0。

合起來“零拷貝”就是不需要將資料從一個儲存區域複製到另一個儲存區域。

零拷貝主要是指將系統核心空間的記憶體和使用者空間的記憶體實現直接關聯對映，從而省去了資料傳輸過程中的來回拷貝，也就是說，要完成資料傳輸資料拷貝次數為0次。

有這麼一段程式碼，主要將服務端主機磁碟中的檔案從已連線的socket發出去。關鍵實現程式碼如下：

while((n = read(diskfd, buf, BUF_SIZE)) > 0){ write(sockfd, buf , n); }

以上程式碼是用傳統的IO編寫的，它的執行過程大致是這樣的：

首先，read()方法，會把資料從磁碟迴圈讀取到核心緩衝區，再拷貝到使用者緩衝區。

然後，write()方法先把資料寫入到socket緩衝區，最後寫入網絡卡裝置。

因為，傳統的IO在在資料傳輸過程中拷貝次數太多，導致效能低下。為了減少拷貝次數，增加系統性能，才有了零拷貝的設計。另外，零拷貝並不是指完全沒有檔案的拷貝，只是減少了拷貝的次數。

從流程圖可以看出，傳統IO的讀寫流程，包括了4次使用者態和核心態的切換，也就是4次上下文切換，4次資料拷貝，其中兩次CPU拷貝以及兩次的DMA拷貝。關於上下文切換和DMA拷貝，在這裡我們就不詳細贅述了，以後可以單獨拍攝一期影片來詳細介紹。想了解的小夥伴可以在評論區回覆666.

那在Netty中，是如何實現零拷貝的呢？有以下三種方式

1. 使用堆外記憶體,也叫直接記憶體。Netty的接收和傳送都採用DIRECT BUFFERS，對應系統底層的mmap機制，直接使用堆外記憶體進行Socket讀寫，不需要進行位元組緩衝區的二次拷貝。

2. 提供了組合Buffer物件，可以聚合多個ByteBuffer物件，使用者只需要像操作一個Buffer一樣方便的對組合Buffer進行操作，避免了傳統通過記憶體拷貝的方式將幾個小Buffer合併成一個大的Buffer，不需要做記憶體拷貝。

3. 的檔案傳輸採用了transferTo方法，直接使用了NIO的sendfile機制，它可以直接將檔案緩衝區的資料傳送到目標Channel，避免了傳統通過迴圈write方式導致的記憶體拷貝問題。

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