什么是 “零” 拷贝？

“零” 拷贝

“零拷贝” 是指 直接内存拷贝到堆内存的次数为零

在理解 “零” 拷贝之前，我们要首先了解拷贝了什么？

首先对于 Java 来说系统的内存分为两部分 堆内存 和 堆外内存 。堆外内存也叫 直接内存。了解 JVM 的同学应该都知道，JVM 元空间的数据就是存储在 直接内存 中的。

在这里首先记住一个结论，在 Java 程序中直接内存相较于堆内存，申请空间较慢，访问数据较快。

内存	空间申请	数据访问
直接内存	较慢	较快
堆内存	较快	较慢

下面给一段测试代码，感兴趣的同学可以测试着跑一下。

public class DirectMemoryTest {public static final int OUT_FOR_TIME=100000;public static final int IN_FOR_TIME=200;public static void directAccess(){long startTime=System.currentTimeMillis();ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocateDirect(1000);for (int i=0;i<OUT_FOR_TIME;i++){for (int j=0;j<IN_FOR_TIME;j++){buffer.putInt(j);}buffer.flip();for (int j=0;j<IN_FOR_TIME;j++){buffer.getInt();}buffer.clear();}long endTime=System.currentTimeMillis();System.out.println("直接访问内存（堆外内存）："+(endTime-startTime)+" ms");}public static void heapAccess(){long startTime=System.currentTimeMillis();ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(1000);for (int i=0;i<OUT_FOR_TIME;i++){for (int j=0;j<IN_FOR_TIME;j++){buffer.putInt(j);}buffer.flip();for (int j=0;j<IN_FOR_TIME;j++){buffer.getInt();}buffer.clear();}long endTime=System.currentTimeMillis();System.out.println("堆内存访问："+(endTime-startTime)+" ms");}public static void heapAllocate() {long startTime = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 100000; i++) {ByteBuffer.allocate(100);}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("堆内存申请:" + (endTime - startTime) + "ms");}public static void directAllocate() {long startTime = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 100000; i++) {ByteBuffer.allocateDirect(100);}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("直接内存申请:" + (endTime - startTime) + "ms");}public static void main(String[] args) {for(int i=0;i<10;i++){heapAccess();directAccess();}System.out.println("");for (int i = 0; i < 10; i++) {heapAllocate();directAllocate();}}
}

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {return new DirectByteBuffer(capacity);
}
public static ByteBuffer allocate(int capacity) {if (capacity < 0)throw new IllegalArgumentException();return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

直接内存的回收：

当 DirectByteBuffer 的引用被回收掉前会触发分配时注册的钩子函数，释放指向的直接内存
在申请直接内存前判断是否有足够的直接内存进行分配，判断是否超出设置最大值-XX:MaxDirectMemorySize 默认为最大堆内存大小，如果不够，System.gc() 显示触发 full gc 进行对象的回收

对于我们 Netty 服务数据的一次收发过程，以客户端向服务端发送数据为例，首先数据会先到 Socket 接收缓冲区中，然后拷贝到直接内存（底层 C 拷贝内核空间），最终拷贝到堆内存（用户空间）才能供我们的 Java 程序使用。那么一次数据的读取就需要两次拷贝，同理 Server 发数据也是一样的，从堆内存拷贝到直接内存，再从直接内存拷贝到 Socket 发送缓冲区。

而 “零拷贝” 是指 直接内存拷贝到堆内存的次数为零 也就是 Java 程序直接读取堆外内存的数据。

而对于在磁盘读取文件来说，也只需要一次磁盘拷贝到直接内存即可，不需要再将数据拷贝到 java 堆内存再进行管理。

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