Netty源码解析 - 零拷贝

1. 概念

所谓零拷贝，就是在操作数据是，不需要将数据buffer从一个内存区域拷贝到另一个内存区域。因此减少内存的拷贝，CPU的效率得到提升。

在OS层面上的零拷贝通常指避免在用户态(User-space)与内核态(Kernel-space)之间来回拷贝数据。例如Linux提供的mmap系统调用，它可以将一段用户内存映射到内核空间，当映射成功后，用户对这段内存区域的修改可以直接放映到内核空间；同样的，内核空间对这段区域的修改也直接反映到用户空间。正因为这样的映射关系，就不需要在用户态与内核态之间拷贝数据，提高了数据传输的效率。

Netty中零拷贝与上面所提的零拷贝不太一样。Netty的零拷贝完全是在用户态的，更多的是偏向于优化数据操作的概念。Netty的零拷贝体现在如下几个方面：

• Netty提供了CompositeByteBuf类，它可以将多个ByteBuf合并为一个逻辑上的ByteBuf，避免了各个ByteBuf之间的拷贝
• 通过wrap操作，可以将byte[]数组、BytebBuf、ByteBuffer等包装成一个Netty ByteBuf对象，避免了拷贝操作
• ByteBuf支持slice操作，因此可以将ByteBuf分解为多个共享同一个存储区域ByteBuf，避免了内存的拷贝
• 通过FileRegion包装的FileChannel.tranferTo实现文件传输，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的问题

2. 堆外内存

使用堆外内存的原因

• 改善垃圾回收停顿
• 在某些场景下可以提升程序I/O操纵的性能。少去了将数据从堆内内存拷贝到堆外内存的步骤

什么情况下使用堆外内存

• 堆外内存适用于生命周期中等或较长的对象。( 如果是生命周期较短的对象，在YGC的时候就被回收了，就不存在大内存且生命周期较长的对象在FGC对应用造成的性能影响 )。
• 直接的文件拷贝操作，或者I/O操作。直接使用堆外内存就能少去内存从用户内存拷贝到系统内存的操作，因为I/O操作是系统内核内存和设备间的通信，而不是通过程序直接和外设通信的。
• 同时，还可以使用“池+堆外内存”的组合方式，来对生命周期较短，但涉及到I/O操作的对象进行堆外内存的再使用。( Netty中就使用了该方式 )

堆外内存 VS 内存池

• 内存池：主要用于两类对象：①生命周期较短，且结构简单的对象，在内存池中重复利用这些对象能增加CPU缓存的命中率，从而提高性能；②加载含有大量重复对象的大片数据，此时使用内存池能减少垃圾回收的时间。
• 堆外内存：它和内存池一样，也能缩短垃圾回收时间，但是它适用的对象和内存池完全相反。内存池往往适用于生命期较短的可变对象，而生命期中等或较长的对象，正是堆外内存要解决的。

堆外内存的特点

• 对于大内存有良好的伸缩性
• 对垃圾回收停顿的改善可以明显感觉到
• 在进程间可以共享，减少虚拟机间的复制

堆外内存的一些问题

• 堆外内存回收问题，以及堆外内存的泄漏问题
• 堆外内存的数据结构问题：堆外内存最大的问题就是你的数据结构变得不那么直观，如果数据结构比较复杂，就要对它进行串行化（serialization），而串行化本身也会影响性能。另一个问题是由于你可以使用更大的内存，你可能开始担心虚拟内存（即硬盘）的速度对你的影响了。

文档

1. 深入剖析Linux IO原理和几种零拷贝机制的实现

最后

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