Java圖文并茂詳解NIO與零拷貝
更新時(shí)間：2022年11月11日 09:49:07 作者：頑石九變
零拷貝是網(wǎng)絡(luò)編程的關(guān)鍵，很多性能優(yōu)化都離不開。在?Java?程序中，常用的零拷貝有?mmap(memory?map，內(nèi)存映射)?和?sendFile。那么它們?cè)?OS（操作系統(tǒng)）?中，到底是怎么樣的一個(gè)的設(shè)計(jì)？另外我們看下NIO?中如何使用零拷貝
零拷貝指的是沒有CPU拷貝，并不是不拷貝；減少上下文切換
一、概念說明
1、傳統(tǒng)IO
需要4次拷貝，3次上下文切換
2、mmap
mmap 通過內(nèi)存映射，將文件映射到內(nèi)存緩沖區(qū)，同時(shí)用戶空間可以共享內(nèi)存緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，減少內(nèi)核空間到用戶空間的拷貝
需要3次拷貝，3次上下文切換
3、sendfile
Linux 2.4 避免了從內(nèi)核緩沖區(qū)到Socket Buffer的拷貝，直接拷貝到協(xié)議棧，從而減少一次數(shù)據(jù)拷貝
需要2次拷貝，3次上下文切換
4、mmap與sendfile
mmap適合小數(shù)據(jù)量讀寫，sendfile適合大文件傳輸
mmap需要4次上下文切換，3次數(shù)據(jù)拷貝；sendfile需要3次上下文切換，最少2次數(shù)據(jù)拷貝
send可用利用DMA方式，減少CPU拷貝，mmap則不能（必須從內(nèi)核拷貝到Socket緩沖區(qū)）
二、傳統(tǒng)IO傳輸文件代碼示例
1、服務(wù)端代碼
import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7000);
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
try {
long total = 0;
byte[] bytes = new byte[4096];
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\temp\\04.zip");
while (true) {
int read = dataInputStream.read(bytes, 0, bytes.length);
if (read == -1) {
//文件讀取結(jié)束，退出循環(huán)
break;
}
total += read;
fileOutputStream.write(bytes, 0, read);
}
System.out.println("收到客戶端發(fā)送文件，總字節(jié)數(shù)：" + total);
fileOutputStream.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}2、客戶端代碼
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
public class BIOClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 7000);
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\temp\\03.zip");
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
byte[] bytes = new byte[4096];
long readCount;
long total = 0;
long start = System.currentTimeMillis();
while ((readCount = fileInputStream.read(bytes)) >= 0) {
total += readCount;
dataOutputStream.write(bytes);
}
System.out.println("發(fā)送總字節(jié)數(shù)：" + total + ", 總耗時(shí)：" + (System.currentTimeMillis() - start));
dataOutputStream.close();
socket.close();
fileInputStream.close();
}
}3、控制臺(tái)出輸出
測(cè)試發(fā)送9M的壓縮文件，耗時(shí)在26ms左右
發(fā)送總字節(jié)數(shù)：9428963, 總耗時(shí)：26
三、NIO傳輸文件代碼示例
1、服務(wù)端代碼
package com.hj.io.nio.zero;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class NIOServerFile {
public static void main(String[] args) throws IOException {
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(7000);
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(address);
//創(chuàng)建buffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4096);
while (true) {
//等待客戶端鏈接
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
System.out.println("收到客戶端鏈接");
int total = 0;
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\temp\\05.zip");
//循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到硬盤
while (true) {
try {
int readCount = socketChannel.read(byteBuffer);
if (readCount == -1) {
//文件讀取結(jié)束
break;
}
total += readCount;
fileOutputStream.write(byteBuffer.array(),0,readCount);
//將buffer倒帶
byteBuffer.rewind();
} catch (IOException e) {
break;
}
}
System.out.println("收到客戶端發(fā)送文件，總字節(jié)數(shù)：" + total);
fileOutputStream.close();
}
}
}2、客戶端代碼
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class NIOClientFile {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//打開一個(gè)SocketChannel并鏈接到服務(wù)器端
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 7000));
//打開一個(gè)文件
FileChannel fileChannel = new FileInputStream("d:\\temp\\03.zip").getChannel();
//發(fā)送文件到服務(wù)器
long start = System.currentTimeMillis();
//在linux下，一次transferTo調(diào)用就可以完成傳輸
//在windows下，一次transferTo調(diào)用最多只能傳8M，大文件需要分段傳輸，需要注意傳輸位置
//transferTo底層使用零拷貝
long total = fileChannel.size();
long sended = 0;
while (sended < total) {
//從上一次傳輸位置繼續(xù)發(fā)送
long lenth = fileChannel.transferTo(sended, fileChannel.size(), socketChannel);
sended += lenth;
}
System.out.println("發(fā)送總字節(jié)數(shù)：" + sended + "，總耗時(shí)：" + (System.currentTimeMillis() - start));
//關(guān)閉channel
fileChannel.close();
socketChannel.close();
}
}3、控制臺(tái)出輸出
測(cè)試發(fā)送9M的壓縮文件，耗時(shí)在16ms左右
發(fā)送總字節(jié)數(shù)：9428963，總耗時(shí)：16
四、總結(jié)
使用零拷貝傳輸，性能明顯高于傳統(tǒng)IO傳輸
到此這篇關(guān)于Java圖文并茂詳解NIO與零拷貝的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java NIO與零拷貝內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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