【Java】Java中的零拷貝 _生活百科

物理內存
計算機物理內存條的容量，比如我們買電腦會關注內存大小有多少G ，這個容量就是計算機的物理內存。
【【Java】Java中的零拷貝】虛擬內存
操作系統為每個進程分配了獨立的虛擬地址空間，也就是虛擬內存，虛擬地址空間又分為用戶空間和內核空間，操作系統的位數不同，虛擬地址空間的大小也不同， 32位操作系統虛擬地址內核空間為1G ，用戶空間大小為3G ， 64位操作系統用戶空間和內核空間大小各為128T：

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既然每個進程都擁有一塊獨立的虛擬地址空間，那么所有進程的虛擬地址空間大小加起來必定大于物理內存的大?。?所以虛擬地址空間只是一個虛擬的概念，只有需要分配內存的時候才會為虛擬內存分配物理內存，并通過內存映射來管理虛擬地址和物理內存地址之間的映射關系。
用戶空間 / 內核空間
用戶空間：是運行用戶程序代碼的地方，為了保證系統內核的安全，它不能直接訪問內存等硬件設備，必須通過系統調用進入到內核空間來訪問那些受限的資源。
內核空間：是運行內核代碼的地方，可以執行任意的指令訪問系統資源，既可以訪問內核空間也可以訪問用戶空間。
用戶態：進程運行在用戶空間時處于用戶態。
內核態：進程運行在內核空間時處于內核態。
文件I/O文件I/O與讀寫文件有關，比如我們啟動了一個程序，此時運行在用戶空間（用戶態），接著準備做一個讀取磁盤文件的操作，由于用戶空間是無法直接從磁盤讀取文件的，所以需要調用內核提供的接口來完成文件的讀?。?調用內核的接口的過程中由用戶空間進入到了內核空間（內核態），DMA從磁盤讀取文件到內核的緩沖區，之后再將數據從內核的緩沖區拷貝到用戶空間完成文件的讀取操作：

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應用程序調用read函數發起系統調用，此時由用戶空間切換到內核空間;
內核通過DMA從磁盤拷貝數據到內核緩沖區（DMA復制）;
將內核緩沖區的數據拷貝到用戶空間的緩沖區（CPU復制），切換回用戶空間;

可以發現，整個讀取過程發生了兩次數據拷貝，一次是DMA將磁盤上的文件數據拷貝到內核緩沖區，一次是將內核緩沖區的數據拷貝到用戶緩沖區。寫操作與讀取操作類似，只不過是將用戶緩沖區的數據拷貝到內核緩沖區，再將內核緩沖區的數據拷貝到文件。
文件I/O從操作系統的角度來看還可以劃分為緩存I/O、直接I/O和mmap內存映射。
緩存I/O也稱標準I/O，上面提到的文件I/O讀取數據的例子就是使用的緩存I/O ，它需要將數據先拷貝到內核緩沖區，再將內核緩沖區的數據拷貝到用戶緩沖區，數據經過兩次拷貝，內核緩沖區和用戶緩沖區分別指向不同的物理內存，在文件I/O中，內核緩沖區是在Page Cache層，這也是稱為緩存I/O的原因：

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JAVA中通過java.io包下進行讀寫文件使用的就是緩存I/O 。
為什么需要緩存IO？
因為磁盤I/O是比較耗時的操作，如果每次都從磁盤上讀取文件，性能將會大大下降，為了提升讀取性能，增加了一層Page Cache，用于緩存讀取的文件數據，Page Cache占用的是內存，從內存讀取的速度遠遠大于從磁盤讀?。諍嘶撼邇褪竊赑age Cache中開辟的一塊內存，用戶空間進行系統調用讀取文件內容時，首先會判斷Page Cache中是否緩存了文件的內容，如果緩存了直接讀取即可，否則再從磁盤讀??，所以缓存I/O可以減少磁盤I/O的次數提升性能。
文件的寫操作同樣如此，進行寫操作時，將數據先寫到Page Cache的緩沖區中，后續由操作系統將數據刷回到磁盤中。
緩存I/O的優缺點
優點：減少磁盤I/O次數，提升讀寫性能。
缺點：數據需要在內核空間和用戶空間來回拷貝。
DirectByteBuffer使用緩存I/O讀取數據時，數據會經過兩次拷貝，經過兩次拷貝是從系統調用開始講起，在JAVA中由于涉及到JVM堆內和堆外內存，如果使用java.io下的類進行文件讀寫實際上還會再多一次拷貝（詳細可參考【JAVA】普通IO數據拷貝次數的問題探討）：