Netty的零拷贝是怎么实现的？
Netty的零拷贝是怎么实现的？
典型回答
在操作系统中，零拷贝指的是避免在用户态（User-space）与内核态（Kernel-space）之间来回拷贝数据。
而Netty的零拷贝模型和操作系统中的零拷贝模型并不完全一样。他主要指的是在操作数据时, 不需要将数据 buffer从 一个内存区域拷贝到另一个内存区域。少了一次内存的拷贝，CPU 效率就得到的提升。
Netty的零拷贝主要体现在以下 5 个方面：
- 直接使用堆外内存，避免 JVM 堆内存到堆外内存的数据拷贝。
- CompositeByteBuf 类，可以组合多个 Buffer 对象合并成一个逻辑上的对象，避免通过传统内存拷贝的方式将几个 Buffer 合并成一个大的 Buffer。
- 通过** Unpooled.wrappedBuffer** 可以将 byte 数组包装成 ByteBuf 对象，包装过程中不会产生内存拷贝。
- ByteBuf.slice 操作与 Unpooled.wrappedBuffer 相反，slice 操作可以将一个 ByteBuf 对象切分成多个 ByteBuf 对象，切分过程中不会产生内存拷贝，底层共享一个 byte 数组的存储空间。
- 使用 FileRegion 实现文件传输，FileRegion 底层封装了 FileChannel#transferTo() 方法，可以将文件缓冲区的数据直接传输到目标 Channel，避免内核缓冲区和用户态缓冲区之间的数据拷贝，这属于操作系统级别的零拷贝。
扩展知识
堆外内存
我们都知道。Java在将数据发送出去的时候，会先将数据从堆内存拷贝到堆外内存，然后才会将堆外内存再拷贝到内核态，进行消息的收发，代码如下：
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static int write(FileDescriptor paramFileDescriptor,
ByteBuffer paramByteBuffer, long paramLong,
NativeDispatcher paramNativeDispatcher) throws IOException{
// 如果是直接内存，则直接写入
if((paramByteBuffer instanceof DirectBuffer)) {
return writeFromNativeBuffer(paramFileDescriptor, paramByteBuffer, paramLong, paramNativeDispatcher);
}
// ...否则，先把数据拷贝到直接内存中
ByteBuffer localByteBuffer = Util.getTemporaryDirectBuffer(k);
try {
localByteBuffer.put(paramByteBuffer);
localByteBuffer.filp();
paramByteBuffer.position(i);
int m = writeFromNativeBuffer(paramFileDescriptor, localByteBuffer, paramLong, paramNativeDispatcher);
}
}
所以，我们发现，假如我们在收发报文的时候使用直接内存，那么就可以减少一次内存拷贝，Netty就是这么做的。
Netty在通信层进行字节流的接收和发送的时候，如果应用允许Unsafe访问，则会采用DirectByteBuf进行转换，也就是堆外的直接内存，代码如下：
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public ByteBuf ioBuffer(int initialCapacity) {
if (PlatformDependent.hasUnsafe() || isDirectBufferPooled()) {
return directBuffer(initialCapacity);
}
return heapBuffer(initialCapacity);
}
CompositeByteBuf
考虑一种场景，当一个数据包被拆成了两个字节流通过TCP传输过来后，那么对于接收者的机器来说，为了方便解析，它需要新建一个ByteBuf将这两个字节流重组成一个新的数据包，如下图所示：
那么在这种情况下，我们如果直接将两个字节流拷贝到一个新的字节流中，显然会浪费空间和时间，所以Netty推出了CompositeByteBuf，专门用来拷贝ByteBuf
从图中可以看到，实际的Buf还是两个，只不过Netty通过CompositeByteBuf将老的buf通过指针组合映射到新的Buf中，减少了一次拷贝过程。
Unpooled.wrappedBuffer
Unpooled.wrappedBuffer 是创建 CompositeByteBuf 对象的另一种推荐做法。
Unpooled.wrappedBuffer 方法可以将不同的数据源的一个或者多个数据包装成一个大的 ByteBuf 对象，其中数据源的类型包括 byte[]、ByteBuf、ByteBuffer。包装的过程中不会发生数据拷贝操作，包装后生成的 ByteBuf 对象和原始 ByteBuf 对象是共享底层的 byte 数组。
ByteBuf.slice
ByteBuf.slice 和 Unpooled.wrappedBuffer 的逻辑正好相反，ByteBuf.slice 是将一个 ByteBuf 对象切分成多个共享同一个底层存储的 ByteBuf 对象。
FileRegion文件传输
Netty 使用 FileRegion 实现文件传输的零拷贝，而FileRegion其实是基于Java底层的FileChannel#tranferTo方法实现的。它可以根据操作系统直接将文件缓冲区的数据发送到目标channel，底层借助了sendFile能力避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题。所以 FileRegion 是操作系统级别的零拷贝。
JavaDoc的注释如下：
This method is potentially much more efficient than a simple loop that reads from this channel and writes to the target channel. Many operating systems can transfer bytes directly from the filesystem cache to the target channel without actually copying them.
sendFile
JDK原生的FileChannel#tranferTo方法其实是基于了Linux的sendFile方法，通过该方法，数据可以直接在内核空间内部进行 I/O 传输，从而省去了数据在用户空间和内核空间之间的来回拷贝。工作原理如下图：
