摘要

Netty源碼系列-Netty如何使用零拷貝

1、零拷貝

Netty為了加快文件傳輸速度，採用了零拷貝技術。
sendFile（Kafka也是用該技術優化性能）：發送文件描述符，如果硬件支持，圖二的文件緩衝區和Socket緩衝區可以共享，只需要兩次DMA拷貝就可以

1.1 、源碼DefaultFileRegion.transferto()方法

我們看一下源碼，Netty的文件傳輸零拷貝方法就是該方法（如下圖），方法下面圈出來的一行是(FileChannel)file.tranferto （java API）就是 sendFile，採用零拷貝技術，省去了從用户空間中轉的過程（見上圖）

1.2 我們通過一個案例看一下零拷貝和普通拷貝的區別

我們嘗試傳輸一個大小230M的文件，來看下普通傳輸和零拷貝性能的差異。
下面我們創建一個普通ServerSocket服務端，一個傳統的文件傳輸方式的TranditionClient，一個零拷貝傳輸方式的NewIOClient，兩者都想服務端傳輸同一個文件，比較傳輸時間。代碼如下：

1.2.1 首先寫一個Server

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //創建serversocket 對象--8088服務
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
        //循環監聽連接
        while (true){
            Socket socket = serverSocket.accept();//客户端發起網絡請求---連接
            //創建輸⼊流對象
            DataInputStream dataInputStream = new
                    DataInputStream(socket.getInputStream());
            int byteCount=0;
            try{
                byte[] bytes = new byte[1024];        //創建緩衝區字節數組
                while(true){
                    int readCount = dataInputStream.read(bytes, 0,
                            bytes.length);
                    byteCount=byteCount+readCount;
                    if(readCount==-1){
                        System.out.println("服務端接受："+byteCount+"字節");
                        break;
                    }
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

1.2.2 普通文件傳輸方式

public class TranditionClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket("localhost",8088);
        // 文件大小230M
        String fileName = "/Users/bing/Downloads/Joplin-3.0.14-arm64.DMG";
        //創建輸⼊流對象
        InputStream inputStream = new FileInputStream(fileName);
        //創建輸出流
        DataOutputStream dataOutputStream = new
                DataOutputStream(socket.getOutputStream());
        byte[] buffer = new byte[1024];
        long readCount = 0;
        long total=0;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        //TODO 這裏要發生2次copy
        while ((readCount=inputStream.read(buffer))>=0){
            total+=readCount;
            //TODO 網絡發送：這裏要發生2次copy
            dataOutputStream.write(buffer);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("發送總字節數："+total+"，耗時："+(endTime-startTime)+" ms");
        //釋放資源
        dataOutputStream.close();
        socket.close();
        inputStream.close();
    }
}

1.2.3 零拷貝傳輸方式

public class NewIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //socket套接字
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost",8088));
        socketChannel.configureBlocking(true);
        //文件 大小230M
        String fileName = "/Users/bing/Downloads/Joplin-3.0.14-arm64.DMG";
        //FileChannel 文件讀寫、映射和操作的通道
        FileChannel fileChannel = new FileInputStream(fileName).getChannel();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        //transferTo⽅法⽤到了零拷⻉，底層是sendfile，這裏只需要發生2次copy和2次上下文切換
        long transferCount = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("發送總字節數："+transferCount+"耗時："+(endTime-startTime)+" ms");
        //釋放資源
        fileChannel.close();
        socketChannel.close();
    }
}

1.2.4 結果

通過多次測試得到結果，零拷貝方式比傳統方式快很多，如下：

• 1）傳統傳輸方式，耗時530ms左右：
  
• 2）零拷貝方式，耗時150ms左右：