【Java】Java中的零拷贝 _生活百科

物理内存
计算机物理内存条的容量，比如我们买电脑会关注内存大小有多少G ，这个容量就是计算机的物理内存。
【【Java】Java中的零拷贝】虚拟内存
操作系统为每个进程分配了独立的虚拟地址空间，也就是虚拟内存，虚拟地址空间又分为用户空间和内核空间，操作系统的位数不同，虚拟地址空间的大小也不同， 32位操作系统虚拟地址内核空间为1G ，用户空间大小为3G ， 64位操作系统用户空间和内核空间大小各为128T：

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既然每个进程都拥有一块独立的虚拟地址空间，那么所有进程的虚拟地址空间大小加起来必定大于物理内存的大?。?所以虚拟地址空间只是一个虚拟的概念，只有需要分配内存的时候才会为虚拟内存分配物理内存，并通过内存映射来管理虚拟地址和物理内存地址之间的映射关系。
用户空间 / 内核空间
用户空间：是运行用户程序代码的地方，为了保证系统内核的安全，它不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用进入到内核空间来访问那些受限的资源。
内核空间：是运行内核代码的地方，可以执行任意的指令访问系统资源，既可以访问内核空间也可以访问用户空间。
用户态：进程运行在用户空间时处于用户态。
内核态：进程运行在内核空间时处于内核态。
文件I/O文件I/O与读写文件有关，比如我们启动了一个程序，此时运行在用户空间（用户态），接着准备做一个读取磁盘文件的操作，由于用户空间是无法直接从磁盘读取文件的，所以需要调用内核提供的接口来完成文件的读?。?调用内核的接口的过程中由用户空间进入到了内核空间（内核态），DMA从磁盘读取文件到内核的缓冲区，之后再将数据从内核的缓冲区拷贝到用户空间完成文件的读取操作：

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应用程序调用read函数发起系统调用，此时由用户空间切换到内核空间;
内核通过DMA从磁盘拷贝数据到内核缓冲区（DMA复制）;
将内核缓冲区的数据拷贝到用户空间的缓冲区（CPU复制），切换回用户空间;

可以发现，整个读取过程发生了两次数据拷贝，一次是DMA将磁盘上的文件数据拷贝到内核缓冲区，一次是将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区。写操作与读取操作类似，只不过是将用户缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区，再将内核缓冲区的数据拷贝到文件。
文件I/O从操作系统的角度来看还可以划分为缓存I/O、直接I/O和mmap内存映射。
缓存I/O也称标准I/O，上面提到的文件I/O读取数据的例子就是使用的缓存I/O ，它需要将数据先拷贝到内核缓冲区，再将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区，数据经过两次拷贝，内核缓冲区和用户缓冲区分别指向不同的物理内存，在文件I/O中，内核缓冲区是在Page Cache层，这也是称为缓存I/O的原因：

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JAVA中通过java.io包下进行读写文件使用的就是缓存I/O 。
为什么需要缓存IO？
因为磁盘I/O是比较耗时的操作，如果每次都从磁盘上读取文件，性能将会大大下降，为了提升读取性能，增加了一层Page Cache，用于缓存读取的文件数据，Page Cache占用的是内存，从内存读取的速度远远大于从磁盘读?。诤嘶撼迩褪窃赑age Cache中开辟的一块内存，用户空间进行系统调用读取文件内容时，首先会判断Page Cache中是否缓存了文件的内容，如果缓存了直接读取即可，否则再从磁盘读?。曰捍鍵/O可以减少磁盘I/O的次数提升性能。
文件的写操作同样如此，进行写操作时，将数据先写到Page Cache的缓冲区中，后续由操作系统将数据刷回到磁盘中。
缓存I/O的优缺点
优点：减少磁盘I/O次数，提升读写性能。
缺点：数据需要在内核空间和用户空间来回拷贝。
DirectByteBuffer使用缓存I/O读取数据时，数据会经过两次拷贝，经过两次拷贝是从系统调用开始讲起，在JAVA中由于涉及到JVM堆内和堆外内存，如果使用java.io下的类进行文件读写实际上还会再多一次拷贝（详细可参考【JAVA】普通IO数据拷贝次数的问题探讨）：