看过就懂的java零拷贝及实现方式详解

什么是零拷贝？

传统的IO操作，读取文件、发送网络请求等，都需要进行数据拷贝。在数据从磁盘、内存中读取到内核缓冲区，再从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，最终传输到网络或者磁盘上，这样的操作称为数据拷贝。

零拷贝指的是在数据传输的过程中不进行数据拷贝操作，而是直接读取内存中的数据进行传输，从而节省CPU的开销。

Java如何实现零拷贝？

在Java中，可以使用NIO（New I/O）的方式实现零拷贝。NIO是Java中的一种IO处理方式，它提供了一种基于缓冲区（Buffer）的、高速的、面向块（Block-Oriented）的IO方式。NIO中的零拷贝实现主要依靠了DirectByteBuffer。

在传统的IO处理中，数据的读写是通过InputStream、OutputStream、Reader、Writer 进行的，操作的数据都是byte 或者 char 类型的数组，这个操作过程中还有一步：byte数组或者char数组 需要拷贝到DirectByteBuffer 中去，而使用 NIO 的操作是将数据直接写到 DirectByteBuffer 中，同时，可以将 DirectByteBuffer 直接写到文件或者发送到其他 Channel。

示例1：将文件内容写入网络流

public static void transferTo(String fromPath, SocketChannel to) throws IOException {
    try(FileChannel fromChannel = new FileInputStream(fromPath).getChannel()) {
        fromChannel.transferTo(0, fromChannel.size(), to);
    }
}

以上是将一个文件的内容写入网络流的示例。可以看到，在使用 FileChannel 进行文件读取操作时，使用的 transferTo 方法可以将FileChannel中的数据直接传输到SocketChannel中去，从而实现了零拷贝操作。

示例2：通过Mmap映射文件来实现零拷贝

在Java中，还可以通过Mmap映射文件的方式来实现零拷贝操作。

public static void mmapWrite(String filePath, ByteBuffer buffer) throws IOException {
    try(FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),
            StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE)) {
        MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, buffer.limit());
        mappedByteBuffer.put(buffer);
    }
}

以上是通过Mmap映射文件的方式实现写入数据的示例。可以看到，将一个FileChannel映射为MappedByteBuffer后，可以直接通过mappedByteBuffer进行写入操作，从而实现了零拷贝。

在实际开发中，也可以通过Mmap映射文件的方式来实现读取数据的零拷贝操作。

总结

通过本文的介绍，相信大家已经了解了Java中实现零拷贝的方式，即通过使用NIO和Mmap映射文件来实现。在实际开发中，可以选择合适的方式来提升程序性能，降低CPU开销。