Netty-NIO与零拷贝

零拷贝基本介绍

零拷贝是网络编程的关键，很多性能优化都离不开
在Java程序中，常用的零拷贝有mmap(内存映射)和sendFile
零拷贝并非是不拷贝，而是没有CPU拷贝
所说的零拷贝，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)
零拷贝不仅带来更少的数据复制，还能带来其它的性能优势，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

传统IO数据读写

Java传统IO和网络编程的一段代码

File file = new File("test.txt");
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file,"rw");
byte[] arr = new byte[(int)file.length()];
raf.read(arr);
Socket socket = new ServerSocket(8080).accept();
socket.getOutputStream().write(arr);

mmap优化(三次拷贝，三次交换)

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(三次拷贝，两次交换)

Linux2.1版本提供了sendFile函数，其基本原理：数据根本不经过用户态，直接从内核缓冲区进入到Socket Buffer，同时，由于和用户态完全无关，就减少了一次上下文切换
Linux2.4版本中，做了一些修改，避免了从内核缓冲区拷贝到Socket buffer的操作，从而再一次减少了数据拷贝(两次拷贝，两次交换)(实际上有一次CPU拷贝，从kernel buffer到socket buffer，但拷贝的信息很少，如length、offset，消耗低，可以忽略)

mmap和sendFile的区别

mmap适合小数据量读写，sendFile适合大文件传输
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
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)

NIO零拷贝案例

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(7001);
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        serverSocket.bind(address);

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4096);
        while(true){
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            int count = 0;
            while(-1!=count){
                count = socketChannel.read(buffer);
                buffer.rewind(); //倒带
            }
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost",7001));
        String fileName = "test.zip";
        FileChannel fileChannel = new FileInputStream(fileName).getChannel();
        long start = 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最多只能发送8m，就需要分段传输，且要注意传输时的位置
        // transferTo底层使用零拷贝
        long transferCount = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);
        System.out.println("发送总字节数："+transferCount);
        System.out.println("耗时："+(System.currentTimeMillis()-start));
    }
}

AIO基本介绍

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，服务器得到通知，进行相应的处理
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
目前AIO还没有广泛应用，Netty也是基于NIO，而不是AIO

BIO、NIO、AIO对比表

	BIO	NIO	AIO
IO模型	同步阻塞	同步非阻塞(多路复用)	异步非阻塞
编程难度	简单	复杂	复杂
可靠性	差	好	好
吞吐量	低	高	高

举例说明：

同步阻塞：到理发店理发，就一直等理发师，直到轮到自己理发
同步非阻塞：到理发店理发，发现前面有其它人理发，给理发师说下，先做其它事情，一会过来看是否轮到自己
异步非阻塞：给理发师打电话，让理发师上门服务，自己做其它事件，理发师自己来家给你理发(或到理发店理发，发现前面有其它人理发，告诉理发师，先做其它事，轮到自己时，理发师来通知)