零拷贝
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「零拷贝」指减少数据在用户态与内核态之间无意义的 CPU 拷贝和上下文切换。详解 零拷贝。
传统 IO 问题（读文件发网络）
File.read(buf); // 磁盘 → 内核 → 用户
Socket.write(buf); // 用户 → 内核 → 网卡4 次拷贝（2 次 DMA + 2 次 CPU）+ 4 次上下文切换。
数据只是原样转发，却在用户空间「转了一圈」——②③ 两次 CPU 拷贝可省。
三种优化方案
| 方案 | CPU 拷贝 | 数据进用户空间 | Java API | 场景 |
|---|---|---|---|---|
| 传统 read/write | 2 次 | ✅ | InputStream | 需在应用层处理内容 |
| mmap + write | 1 次 | 映射访问 | MappedByteBuffer | 大文件随机读写 |
| sendfile | 1 次 | ❌ | FileChannel.transferTo() | 静态文件、Kafka |
| sendfile + SG-DMA | 0 次 | ❌ | transferTo（硬件支持） | Nginx、Kafka |
sendfile 流程
磁盘 ──DMA──► page cache ──CPU──► socket buffer ──DMA──► 网卡
（数据不进入 JVM 堆）
fileChannel.transferTo(0, size, socketChannel);限制：应用读不到字节内容，无法在同一链路里加密/改内容（需先处理再普通 write）。
谁在用
| 组件 | 用途 |
|---|---|
| Kafka | Broker 把日志 sendfile 给消费者 |
| Nginx | sendfile on; 静态资源 |
| Netty | FileRegion 封装 transferTo |
与 epoll 多路复用 配合：epoll 决定「何时发」；零拷贝决定「怎么发」——见 零拷贝 ≠ 非阻塞。
易混淆点
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| 零拷贝 | 减少内核/用户态间 CPU 拷贝 |
| DirectByteBuffer | 堆外内存，减少 JVM 堆 ↔ 内核 拷贝；仍是另一维度 |
| Netty CompositeByteBuf | 逻辑合并缓冲区，避免合并时拷贝（用户态优化） |
常见面试题
Q：零拷贝是 0 次拷贝吗？
A：通常指 0 次 CPU 拷贝；DMA 拷贝仍存在。SG-DMA 下可连 CPU 拷贝也去掉。
Q：为什么 Kafka 快？和零拷贝关系？
A：顺序写 + Page Cache + sendfile 消费 + 批量 + 分区；零拷贝是其中之一。见 Kafka常见面试题。
Q：什么场景不能用零拷贝？
A：需要在应用层解析、加密、压缩、修改数据时，必须进用户缓冲区。
Q：mmap 和 sendfile 区别？
A：mmap 数据映射到用户空间可读；sendfile 数据不进用户空间，适合纯转发。