支撑百万并发的“零拷贝”技术，你了解吗？(11) _零拷贝

通过 transferTo() 将 fromChannel 中的数据拷贝到 toChannel：

@Test
public void transferTo() throws Exception {
try (FileChannel fromChannel = new RandomAccessFile(
getClassPath(SOURCE_FILE), "rw").getChannel();
FileChannel toChannel = new RandomAccessFile(
getClassPath(TARGET_FILE), "rw").getChannel()) {
long position = 0L;
long offset = fromChannel.size();
fromChannel.transferTo(position, offset, toChannel);
}
}

通过 transferFrom() 将 fromChannel 中的数据拷贝到 toChannel：

@Test
public void transferFrom() throws Exception {
try (FileChannel fromChannel = new RandomAccessFile(
getClassPath(SOURCE_FILE), "rw").getChannel();
FileChannel toChannel = new RandomAccessFile(
getClassPath(TARGET_FILE), "rw").getChannel()) {
long position = 0L;
long offset = fromChannel.size();
toChannel.transferFrom(fromChannel, position, offset);
}
}

下面介绍 transferTo() 和 transferFrom() 方法的底层实现原理，这两个方法也是 java.nio.channels.FileChannel 的抽象方法，由子类 sun.nio.ch.FileChannelImpl.java 实现。
transferTo() 和 transferFrom() 底层都是基于 Sendfile 实现数据传输的，其中 FileChannelImpl.java 定义了 3 个常量，用于标示当前操作系统的内核是否支持 Sendfile 以及 Sendfile 的相关特性。

private static volatile boolean transferSupported = true;
private static volatile boolean pipeSupported = true;
private static volatile boolean fileSupported = true;

transferSupported：用于标记当前的系统内核是否支持 sendfile() 调用，默认为 true 。
pipeSupported：用于标记当前的系统内核是否支持文件描述符(fd)基于管道(pipe)的 sendfile() 调用，默认为 true 。
fileSupported：用于标记当前的系统内核是否支持文件描述符(fd)基于文件(file)的 sendfile() 调用，默认为 true 。
下面以 transferTo() 的源码实现为例。FileChannelImpl 首先执行 transferToDirectly() 方法，以 Sendfile 的零拷贝方式尝试数据拷贝。
如果系统内核不支持 Sendfile，进一步执行 transferToTrustedChannel() 方法，以 mmap 的零拷贝方式进行内存映射，这种情况下目的通道必须是 FileChannelImpl 或者 SelChImpl 类型。
如果以上两步都失败了，则执行 transferToArbitraryChannel() 方法，基于传统的 I/O 方式完成读写，具体步骤是初始化一个临时的 DirectBuffer，将源通道 FileChannel 的数据读取到 DirectBuffer，再写入目的通道 WritableByteChannel 里面。

public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)
throws IOException {
// 计算文件的大小
long sz = size();
// 校验起始位置
if (position > sz)
return 0;
int icount = (int)Math.min(count, Integer.MAX_VALUE);
// 校验偏移量
if ((sz - position) < icount)
icount = (int)(sz - position);
long n;
if ((n = transferToDirectly(position, icount, target)) >= 0)
return n;
if ((n = transferToTrustedChannel(position, icount, target)) >= 0)
return n;
return transferToArbitraryChannel(position, icount, target);
}

接下来重点分析一下 transferToDirectly() 方法的实现，也就是 transferTo() 通过 Sendfile 实现零拷贝的精髓所在。
可以看到，transferToDirectlyInternal() 方法先获取到目的通道 WritableByteChannel 的文件描述符 targetFD，获取同步锁然后执行 transferToDirectlyInternal() 方法。

private long transferToDirectly(long position, int icount, WritableByteChannel target)
throws IOException {
// 省略从target获取targetFD的过程
if (nd.transferToDirectlyNeedsPositionLock()) {
synchronized (positionLock) {
long pos = position();
try {
return transferToDirectlyInternal(position, icount,
target, targetFD);
} finally {
position(pos);
}
}
} else {
return transferToDirectlyInternal(position, icount, target, targetFD);
}
}

最终由 transferToDirectlyInternal() 调用本地方法 transferTo0() ，尝试以 Sendfile 的方式进行数据传输。
如果系统内核完全不支持 Sendfile，比如 Windows 操作系统，则返回 UNSUPPORTED 并把 transferSupported 标识为 false 。
如果系统内核不支持 Sendfile 的一些特性，比如说低版本的 Linux 内核不支持 DMA gather copy 操作，则返回 UNSUPPORTED_CASE 并把 pipeSupported 或者 fileSupported 标识为 false 。