上图是 JAVA 传统的写操作，具体流程：

1、应用发起写操作，OS 进行一次上下文切换（从用户空间切换为内核空间）

2、并且把数据 copy 到内核缓冲区 Socket Buffer，做了一次 CPU Copy

3、内核空间再把数据 copy 到磁盘或其他存储（网卡，进行网络传输），进行了 DMA Copy

4、写入结束后返回，又从内核空间切换到用户空间

传统 IO

我们可以看出传统的 IO 读写操作，总共进行了 4 次上下文切换，4 次 Copy 动作。我们可以看到数据在内核空间和应用空间之间来回复制，其实他们什么都没有做，就是复制而已，这个机制太浪费时间了，而且是浪费的 CPU 的时间。

那我们能不能让数据不要来回复制呢？零拷贝这个技术就是来解决这个问题。关于零拷贝提供了两种解决方式：mmap+write 方式、sendfile 方式

虚拟内存

所有现代操作系统都使用虚拟内存，使用虚拟地址取代物理地址，这样做的好处就是：

1、多个虚拟内存可以指向同一个物理地址

【一线大厂Java面试题解析+后端开发学习笔记+最新架构讲解视频+实战项目源码讲义】
浏览器打开：qq.cn.hn/FTf 免费领取

2、虚拟内存空间可以远远大于物理内存空间

我们利用第一条特性可以优化一下上面的设计思路，就是把内核空间和用户空间的虚拟地址映射到同一个物理地址，这样就不需要来回复制了，看图：

mmap+write 方式

使用 mmap+write 方式替换原来的传统 IO 方式，就是利用了虚拟内存的特性，看图

整体流程的核心区别就是，把数据读取到内核缓冲区后，应用程序进行写入操作时，直接是把内核的 Read Buffer 的数据复制到 Socket Buffer 以便进行写入，这次内核之间的复制也是需要 CPU 参与的。

注意：最后把 Socket Buffer 数据拷贝到很多地方，统称 protocol engine（协议引擎）

这个流程就少了一个 CPU Copy，提升了 IO 的速度。不过发现上下文的切换还是 4 次，没有减少，因为还是要应用程序发起 write 操作。那能不能减少上下文切换呢？

sendfile 方式

这种方式可以替换上面的 mmap+write 方式，如：

mmap();write();

替换为

sendfile();

这样就减少了一次上下文切换，因为少了一个应用程序发起 write 操作，直接发起 sendfile 操作。到这里就只有 3 次 Copy，其中只有 1 次 CPU Copy；3 次上下文切换。那能不能把 CPU Copy 减少到没有呢？

gather

Linux2.4 内核进行了优化，提供了 gather 操作，这个操作可以把最后一次 CPU Copy 去除，什么原理呢？就是在内核空间 Read Buffer 和 Socket Buffer 不做数据复制，而是将 Read Buffer 的内存地址、偏移量记录到相应的 Socket Buffer 中，这样就不需要复制（其实本质就是和虚拟内存的解决方法思路一样，就是内存地址的记录），如图：

JAVA 零拷贝

java nio 实现零拷贝，JAVA 提供了一下方法类：

1、MappedByteBuffer2、DirectByteBuffer3、FileChannel.transferTo

具体如何使用，小伙伴们上网自行查阅。

总结

零拷贝技术在很多中间件中，都有利用；如：Kafka，Spark、RocketMQ 等，这个在网络传输数据时，能够提升速度，提升系统性能、吞吐量。小伙伴们不一定会编写，可以先了解基本原理就行。很多好的中间件产品都需要了解一些计算机原理方面的知识，才会更深入的理解。