zero-copy应用场景
应用场景：将本地一个文件通过网络传输给另一个程序 关键字：数据复制过程中，内容不进行修改
zero-copy技术的使用场景有很多，比如Kafka, 又或者是Netty等，可以大大提升程序的性能 下面我们通过对比传统方式和zero-copy的方式传输数据，来理解zero-copy。
传统方式传输数据
代码如下：
// 将文件读取到buf中
File.read(fileDesc, buf, len);
// 将buf中的数据写入到socket中
Socket.send(socket, buf, len);
结合下图理解理解操作如下：
结论： 以上操作要经历4次user mode和kernel mode之间的上下文切换，数据都被拷贝了4次。通过上面的分析，我们发现第2步和第3步数据copy是多余，系统完全可以将文件读取到kernel buffer中后，直接将kernel buffer中的数据写入socket。为了实现这个优化，linux引入了zero copy。
zero-copy
要支持zero-copy要满足如下条件： a. 操作系统的要求：linux 2.4及以上版本的内核中，并且网卡支持 gather operation。
java中使用 FileChannel的transferTo()和transferFrom()方法使用zero-copy，如果底层系统支持zero-copy
代码：
public void transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);
// transferTo()方法底层会调用系统方法sendfile()
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);
结合下图理解理解操作如下： a. 执行transferTo()方法后，会发生上下文切换，从user mode到kernel mode，然后将文件内容copy到kernel buffer(称为Read buffer)，这一操作由DMA engine完成。。 b. 和传统方式不同，zero-copy没有将数据copy到socket buffer，只有数据的描述信息（如数据的位置和长度）存储到socket buffer中。然后DMA engine直接把数据从kernel buffer传输到网卡设备（protocol engine）。 完成复制后，又会发生上下文切换，从kernel mode到user mode
结论： 1. Zero-copy上下文切换的次数从4次降低到2次，数据复制次数从4次降低到2次 2. Zero-copy 中数据的copy都由DMA执行，CPU不参与复制，从而节省CPU的消耗 3. Zero-copy中的zero不是指不需要copy，而是指user mode到kernel mode copy数据的次数为零
支持zero-copy的操作系统 除了Linux系统，其他系统也支持zero-copy • Microsoft Windows通过TransmitFile API支持zero-copy • macOS supports zero-copy through the FreeBSD portion of the kernel
性能测试
下面我们使用代码来比较传统方式和zero-copy的传输效率 测试代码：客服端从本地读取文件，通过网络传输到服务端
- TraditionalClient.java和 TraditionalClient.java分别实现测试的客服端和服务
- TransferToServer.java and TransferToClient.java实现的功能和上面的相同，不同点时，TransferToClient使用transferTo()实现zero-copy功能。
测试代码来源：developer.ibm.com/articles/j-… 不过在测试过程中，此源码在测试有问题，我们对测试代码进行修改： TransferToClient.java
// 原来的版本，这里会有问题，因为transferTo()一次最多发送8388608个字节，需要循环发送。
long position = 0;
while(curnset != 0) {
curnset = fc.transferTo(position, fsize, sc);
position += curnset;
System.out.println("total bytes transferred--" + position + " and time taken in MS--" + (System.currentTimeMillis() - start));
}
TraditionalServer.java
// nread判断条件修改为 nread <=0，而不是nread==0
byte[] byteArray = new byte[4096];
while(true) {
int nread = input.read(byteArray , 0, 4096);
if (nread <= 0)
break;
}
}
文件传输花费时间对比
