支撑百万并发的“零拷贝”技术，你了解吗？(12) _零拷贝

WritableByteChannel target,

FileDescriptor targetFD) throws IOException {

assert !nd.transferToDirectlyNeedsPositionLock() ||

Thread.holdsLock(positionLock);

long n = -1;

int ti = -1;

try {

begin();

ti = threads.add();

if (!isOpen())

return -1;

do {

n = transferTo0(fd, position, icount, targetFD);

} while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen());

if (n == IOStatus.UNSUPPORTED_CASE) {

if (target instanceof SinkChannelImpl)

pipeSupported = false;

if (target instanceof FileChannelImpl)

fileSupported = false;

return IOStatus.UNSUPPORTED_CASE;

}

if (n == IOStatus.UNSUPPORTED) {

transferSupported = false;

return IOStatus.UNSUPPORTED;

}

return IOStatus.normalize(n);

} finally {

threads.remove(ti);

end (n > -1);

}

本地方法(native method)transferTo0() 通过 JNI(Java Native Interface)调用底层 C 的函数。
这个 native 函数(Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_transferTo0)同样位于 JDK 源码包下的 native/sun/nio/ch/FileChannelImpl.c 源文件里面。
JNI 函数 Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_transferTo0() 基于条件编译对不同的系统进行预编译，下面是 JDK 基于 Linux 系统内核对 transferTo() 提供的调用封装。

#if defined(__linux__) || defined(__solaris__)
#include <sys/sendfile.h>
#elif defined(_AIX)
#include <sys/socket.h>
#elif defined(_ALLBSD_SOURCE)
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/uio.h>
#define lseek64 lseek
#define mmap64 mmap
#endif
JNIEXPORT jlong JNICALL
Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_transferTo0(JNIEnv *env, jobject this,
jobject srcFDO,
jlong position, jlong count,
jobject dstFDO)
{
jint srcFD = fdval(env, srcFDO);
jint dstFD = fdval(env, dstFDO);
#if defined(__linux__)
off64_t offset = (off64_t)position;
jlong n = sendfile64(dstFD, srcFD, &offset, (size_t)count);
return n;
#elif defined(__solaris__)
result = sendfilev64(dstFD, &sfv, 1, &numBytes);
return result;
#elif defined(__APPLE__)
result = sendfile(srcFD, dstFD, position, &numBytes, NULL, 0);
return result;
#endif
}

对 Linux、Solaris 以及 Apple 系统而言，transferTo0() 函数底层会执行 sendfile64 这个系统调用完成零拷贝操作，sendfile64() 函数的原型如下：

#include <sys/sendfile.h>
ssize_t sendfile64(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

下面简单介绍一下 sendfile64() 函数各个参数的含义：

out_fd：待写入的文件描述符。
in_fd：待读取的文件描述符。
offset：指定 in_fd 对应文件流的读取位置，如果为空，则默认从起始位置开始。
count：指定在文件描述符 in_fd 和 out_fd 之间传输的字节数。

在 Linux 2.6.3 之前，out_fd 必须是一个 socket，而从 Linux 2.6.3 以后，out_fd 可以是任何文件。
也就是说，sendfile64() 函数不仅可以进行网络文件传输，还可以对本地文件实现零拷贝操作。
其它的零拷贝实现
Netty 零拷贝
Netty 中的零拷贝和上面提到的操作系统层面上的零拷贝不太一样, 我们所说的 Netty 零拷贝完全是基于(Java 层面)用户态的，它的更多的是偏向于数据操作优化这样的概念。
具体表现在以下几个方面：

Netty 通过 DefaultFileRegion 类对 java.nio.channels.FileChannel 的 tranferTo() 方法进行包装，在文件传输时可以将文件缓冲区的数据直接发送到目的通道(Channel) 。
ByteBuf 可以通过 wrap 操作把字节数组、ByteBuf、ByteBuffer 包装成一个 ByteBuf 对象, 进而避免了拷贝操作。
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的 ByteBuf，避免了内存的拷贝。
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。

其中第 1 条属于操作系统层面的零拷贝操作，后面 3 条只能算用户层面的数据操作优化。
RocketMQ 和 Kafka 对比
RocketMQ 选择了 mmap+write 这种零拷贝方式，适用于业务级消息这种小块文件的数据持久化和传输。
而 Kafka 采用的是 Sendfile 这种零拷贝方式，适用于系统日志消息这种高吞吐量的大块文件的数据持久化和传输。
但是值得注意的一点是，Kafka 的索引文件使用的是 mmap+write 方式，数据文件使用的是 Sendfile 方式。