10月
03

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Netty中的零拷贝与我们传统理解的零拷贝不太一样。
传统的零拷贝指的是数据传输过程中，不需要CPU进行数据的拷贝。主要是数据在用户空间与内核中间之间的拷贝。

传统意义的零拷贝
Zero-Copy describes computer operations in which the CPU does not perform the task of copying data from one memory area to another.\

在发送数据的时候，传统的实现方式是：

  1. File.read(bytes)
  2. Socket.send(bytes)
    这种方式需要四次数据拷贝和四次上下文切换：
  3. 数据从磁盘读取到内核的read buffer
  4. 数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区
  5. 数据从用户缓冲区拷贝到内核的socket buffer
  6. 数据从内核的socket buffer拷贝到网卡接口的缓冲区

明显上面的第二步和第三步是没有必要的，通过java的FileChannel.transferTo方法，可以避免上面两次多余的拷贝（当然这需要底层操作系统支持）

  1. 调用transferTo,数据从文件由DMA引擎拷贝到内核read buffer
  2. 接着DMA从内核read buffer将数据拷贝到网卡接口buffer

上面的两次操作都不需要CPU参与，所以就达到了零拷贝。

Netty中的零拷贝
Netty中也用到了FileChannel.transferTo方法，所以Netty的零拷贝也包括上面将的操作系统级别的零拷贝。除此之外，在ByteBuf的实现上，Netty也提供了零拷贝的一些实现。

关于ByteBuffer，Netty提供了两个接口:

  1. ByteBuf
  2. ByteBufHolder

对于ByteBuf，Netty提供了多种实现：

  1. Heap ByteBuf:直接在堆内存分配
  2. Direct ByteBuf：直接在内存区域分配而不是堆内存
  3. CompositeByteBuf：组合Buffer

Direct Buffers
直接在内存区域分配空间，而不是在堆内存中分配。如果使用传统的堆内存分配，当我们需要将数据通过socket发送的时候，就需要从堆内存拷贝到直接内存，然后再由直接内存拷贝到网卡接口层。
Netty提供的直接Buffer，直接将数据分配到内存空间，从而避免了数据的拷贝，实现了零拷贝。

Composite Buffers
传统的ByteBuffer，如果需要将两个ByteBuffer中的数据组合到一起，我们需要首先创建一个size=size1+size2大小的新的数组，然后将两个数组中的数据拷贝到新的数组中。但是使用Netty提供的组合ByteBuf，就可以避免这样的操作，因为CompositeByteBuf并没有真正将多个Buffer组合起来，而是保存了它们的引用，从而避免了数据的拷贝，实现了零拷贝。

对于FileChannel.transferTo的使用
Netty中使用了FileChannel的transferTo方法，该方法依赖于操作系统实现零拷贝。

总结
Netty的零拷贝体现在三个方面：

  1. Netty的接收和发送ByteBuffer采用DIRECT BUFFERS，使用堆外直接内存进行Socket读写，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）进行Socket读写，JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，然后才写入Socket中。相比于堆外直接内存，消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。

  2. Netty提供了组合Buffer对象，可以聚合多个ByteBuffer对象，用户可以像操作一个Buffer那样方便的对组合Buffer进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小Buffer合并成一个大的Buffer。

  3. Netty的文件传输采用了transferTo方法，它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题。

参考资料
http://my.oschina.net/plucury/blog/192577
http://www.infoq.com/cn/articles/netty-high-performance
《Netty in Action V5_meap》

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