Zero-Copy的原理简介
单独从理论上理解可能会有些晦涩，我在这从一个实际的场景进行阐述，一步一步演进Zero-Copy的原理。
概述
我们的系统，不管是电商系统还是官网都是一种交互式请求响应模式，不过今天不是讲http的请求/响应模式。打开一个页面，对于系统而言需要将系统生成的view静态内容（类似图片、文件）展示给用户，以此场景切入，系统需要先将静态内容从磁盘中拷贝出来放到一个内存buf中，然后将这个buf通过socket传输给用户，进而用户或者静态内容的展示。这看起来再正常不过了，但是实际上这是很低效的流程，我们把上面的这种情形抽象成下面的过程：
read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);
首先调用read将静态内容，这里假设为文件File，读取到tmp_buf, 然后调用write将tmp_buf写入到socket中，如图：
image.png
在这个过程中文件File的经历了4次copy的过程：
首先，调用read时，文件File拷贝到了kernel模式；
之后，CPU控制将kernel模式数据copy到user模式下；
调用write时，先将user模式下的内容copy到kernel模式下的socket的buffer中；
最后将kernel模式下的socket buffer的数据copy到网卡设备中传送；
从上面的过程可以看出，数据白白从kernel模式到user模式走了一圈，浪费了2次copy(第一次，从kernel模式拷贝到user模式；第二次从user模式再拷贝回kernel模式，即上面4次过程的第2和3步骤。)。而且上面的过程中kernel和user模式的上下文的切换也是4次。
幸运的是，你可以用一种叫做Zero-Copy的技术来去掉这些无谓的copy。应用程序用Zero-Copy来请求kernel直接把disk的data传输给socket，而不是通过应用程序传输。Zero-Copy大大提高了应用程序的性能，并且减少了kernel和user模式上下文的切换。
javaNIO 改进
Zero-Copy技术省去了将操作系统的read buffer拷贝到程序的buffer，以及从程序buffer拷贝到socket buffer的步骤，直接将read buffer拷贝到socket buffer. Java NIO中的FileChannal.transferTo()方法就是这样的实现，这个实现是依赖于操作系统底层的sendFile()实现的。
public abstract long transferTo(long position, long count,
WritableByteChannel target)
底层调用sendfile方法
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);
下图为transferTo()之后的数据流向：
image.png
下图展示了在使用transferTo()之后的上下文切换：
image.png
使用了Zero-Copy技术之后，整个过程如下：
transferTo()方法使得文件A的内容直接拷贝到一个read buffer（kernel buffer）中；
然后数据(kernel buffer)拷贝到socket buffer中。
最后将socket buffer中的数据拷贝到网卡设备（protocol engine）中传输；
这显然是一个伟大的进步：这里把上下文的切换次数从4次减少到2次，同时也把数据copy的次数从4次降低到了3次。
但是这是Zero-Copy么，答案是否定的。
真正的Zero-Copy进阶
Linux 2.1内核开始引入了sendfile函数（上一节有提到）,用于将文件通过socket传送。
sendfile(socket, file, len);
该函数通过一次系统调用完成了文件的传送，减少了原来read/write方式的模式切换。此外更是减少了数据的copy, sendfile的详细过程如图：
image.png
通过sendfile传送文件只需要一次系统调用，当调用sendfile时：
首先（通过DMA）将数据从磁盘读取到kernel buffer中；
然后将kernel buffer拷贝到socket buffer中；
最后将socket buffer中的数据copy到网卡设备（protocol engine）中发送；
这个过程就是第二节（详述）中的那个步骤。
sendfile与read/write模式相比，少了一次copy。但是从上述过程中也可以发现从kernel buffer中将数据copy到socket buffer是没有必要的。
Linux2.4 内核对sendfile做了改进，如图：
image.png
改进后的处理过程如下：
将文件拷贝到kernel buffer中；
向socket buffer中追加当前要发生的数据在kernel buffer中的位置和偏移量；
根据socket buffer中的位置和偏移量直接将kernel buffer的数据copy到网卡设备（protocol engine）中；
经过上述过程，数据只经过了2次copy就从磁盘传送出去了。这个才是真正的Zero-Copy(这里的零拷贝是针对kernel来讲的，数据在kernel模式下是Zero-Copy)。
正是Linux2.4的内核做了改进，Java中的TransferTo()实现了Zero-Copy,如下图：
image.png
Zero-Copy技术的使用场景有很多，比如Kafka, 又或者是Netty等，可以大大提升程序的性能。
