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传输(Transport)
在网络中传递的数据总是具有相同的类型：字节。 这些字节流动的细节取决于网络传输，它是一个帮我们抽象 底层数据传输机制的概念，我们不需要关心字节流动的细节，只需要确保字节被可靠的接收和发送。
当我们使用Java网络编程时，可能会接触到多种不同的网络IO模型，如NIO，BIO(OIO: Old IO)，AIO等，我们可能因为 使用这些不同的API而遇到问题。 Netty则为这些不同的IO模型实现了一个通用的API，我们使用这个通用的API比直接使用JDK提供的API要 简单的多，且避免了由于使用不同API而带来的问题，大大提高了代码的可读性。 在传输这一部分，我们将主要学习这个通用的API，以及它与JDK之间的对比。
传输API
传输API的核心是Channel(io.netty.Channel，而非java nio的Channel)接口，它被用于所有的IO操作。
Channel结构层次：
每个Channel都会被分配一个ChannelPipeline和ChannelConfig， ChannelConfig包含了该Channel的所有配置，并允许在运行期间更新它们。
ChannelPipeline在上面已经介绍过了，它存储了所有用于处理出站和入站数据的ChannelHandler， 我们可以在运行时根据自己的需求添加或删除ChannelPipeline中的ChannelHandler。
此外，Channel还有以下方法值得留意：
| 方法名 | 描述 |
|---|---|
| eventLoop | 返回当前Channel注册到的EventLoop |
| pipeline | 返回分配给Channel的ChannelPipeline |
| isActive | 判断当前Channel是活动的，如果是则返回true。 此处活动的意义依赖于底层的传输，如果底层传输是TCP Socket，那么客户端与服务端保持连接便是活动的；如果底层传输是UDP Datagram，那么Datagram传输被打开就是活动的。 |
| localAddress | 返回本地SocketAddress |
| remoteAddress | 返回远程的SocketAddress |
| write | 将数据写入远程主机，数据将会通过ChannelPipeline传输 |
| flush | 将之前写入的数据刷新到底层传输 |
| writeFlush | 等同于调用 write 写入数据后再调用 flush 刷新数据 |
Netty内置的传输
Netty内置了一些开箱即用的传输，我们上面介绍了传输的核心API是Channel，那么这些已经封装好的 传输也是基于Channel的。
Netty内置Channel接口层次：
| 名称 | 包 | 描述 |
|---|---|---|
| NIO | io.netty.channel.socket.nio | NIO Channel基于java.nio.channels，其io模型为IO多路复用 |
| Epoll | io.netty.channel.epoll | Epoll Channel基于操作系统的epoll函数，其io模型为IO多路复用，不过Epoll模型只支持在Linux上的多种特性，比NIO性能更好 |
| KQueue | io.netty.channel.kqueue | KQueue 与 Epoll 相似，它主要被用于 FreeBSD 系统上，如Mac等 |
| OIO(Old Io) | io.netty.channel.socket.oio | OIO Channel基于java.net包，其io模型是阻塞的，且此传输被Netty标记为deprecated，故不推荐使用，最好使用NIO / EPOLL / KQUEUE 等传输 |
| Local | io.netty.channel.local | Local Channel 可以在VM虚拟机内部进行本地通信 |
| Embedded | io.netty.channel.embedded | Embedded Channel允许在没有真正的网络传输中使用ChannelHandler，可以非常有用的测试ChannelHandler |
零拷贝
理解零拷贝 零拷贝是Netty的重要特性之一，而究竟什么是零拷贝呢？ WIKI中对其有如下定义：
“Zero-copy” describes computer operations in which the CPU does not perform the task of copying data from one memory area to another.
从WIKI的定义中，我们看到“零拷贝”是指计算机操作的过程中，CPU不需要为数据在内存之间的拷贝消耗资源。而它通常是指计算机在网络上发送文件时，不需要将文件内容拷贝到用户空间（User Space）而直接在内核空间（Kernel Space）中传输到网络的方式。
Non-Zero Copy方式： 
应用程序启动后，向内核发出read调用（用户态切换到内核态），操作系统收到调用请求后， 会检查文件是否已经缓存过了，如果缓存过了，就将数据从缓冲区（直接内存）拷贝到用户应用进程（内核态切换到用户态）， 如果是第一次访问这个文件，则系统先将数据先拷贝到缓冲区（直接内存），然后CPU将数据从缓冲区拷贝到应用进程内（内核态切换到用户态）， 应用进程收到内核的数据后发起write调用，将数据拷贝到目标文件相关的堆栈内存（用户态切换到内核态）， 最后再从缓存拷贝到目标文件。
根据上面普通拷贝的过程我们知道了其缺点主要有：
- 用户态与内核态之间的上下文切换次数较多（用户态发送系统调用与内核态将数据拷贝到用户空间）。
- 拷贝次数较多，每次IO都需要DMA和CPU拷贝。
而零拷贝正是针对普通拷贝的缺点做了很大改进，使得其拷贝速度在处理大数据的时候很是出色。
Zero Copy方式： 
从上图中可以清楚的看到，Zero Copy的模式中，避免了数据在用户空间和内存空间之间的拷贝，从而提高了系统的整体性能。Linux中的sendfile()以及Java NIO中的FileChannel.transferTo()方法都实现了零拷贝的功能，而在Netty中也通过在FileRegion中包装了NIO的FileChannel.transferTo()方法实现了零拷贝。
零拷贝主要有两种实现技术：
- 内存映射（mmp）
- 文件传输（sendfile）
可以参照我编写的demo进行接下来的学习：
zerocopy
内存映射（Memory Mapped）
内存映射对应JAVA NIO的API为
FileChannel.map。
当用户程序发起 mmp 系统调用后，操作系统会将文件的数据直接映射到内核缓冲区中， 且缓冲区会与用户空间共享这一块内存，这样就无需将数据从内核拷贝到用户空间了，用户程序接着发起write 调用，操作系统直接将内核缓冲区的数据拷贝到目标文件的缓冲区，最后再将数据从缓冲区拷贝到目标文件。
其过程如下：
内存映射由原来的四次拷贝减少到了三次，且拷贝过程都在内核空间，这在很大程度上提高了IO效率。
但是mmp也有缺点： 当我们使用mmp映射一个文件到内存并将数据write到指定的目标文件时， 如果另一个进程同时对这个映射的文件做出写的操作，用户程序可能会因为访问非法地址而产生一个错误的信号从而终止。
试想一种情况：我们的服务器接收一个客户端的下载请求，客户端请求的是一个超大的文件，服务端开启一个线程 使用mmp和write将文件拷贝到Socket进行响应，如果此时又有一个客户端请求对这个文件做出修改， 由于这个文件先前已经被第一个线程mmp了，可能第一个线程会因此出现异常，客户端也会请求失败。
解决这个问题的最简单的一种方法就对这个文件加读写锁，当一个线程对这个文件进行读或写时，其他线程不能操作此文件， 不过这样处理并发的能力可能就大打折扣了。
文件传输(SendFile)
文件传输对应JAVA NIO的API为
FileChannel.transferFrom/transferTo
在了解sendfile之前，先来看一下它的函数原型（linux系统的同学可以使用 man sendfile 查看）：
#include<sys/sendfile.h>ssize_t sendfile(int out_fd,int in_fd,off_t *offset,size_t count);
sendfile在代表输入文件的文件描述符 in_fd 和 输入文件的文件描述符 out_fd 之间传输文件内容， 这个传输过程完全是在内核之中进行的，程序只需要把输入文件的描述符和输出文件的描述符传递给 sendfile调用，系统自然会完成拷贝。 当然，sendfile和mmp一样都有相同的缺点，在传输过程中， 如果有其他进程截断了这个文件的话，用户程序仍然会被终止。
sendfile传输过程如下：
它的拷贝次数与mmp一样，但是无需像mmp一样与用户进程共享内存了。