概述

斟酌這樣1種經常使用的情形：你需要將靜態內容（類似圖片、文件）展現給用戶。那末這個情形就意味著你需要先將靜態內容從磁盤中拷貝出來放到1個內存buf中，然后將這個buf通過socket傳輸給用戶，進而用戶或靜態內容的展現。這看起來再正常不過了，但是實際上這是很低效的流程，我們把上面的這類情形抽象成下面的進程：

首先調用read將靜態內容，這里假定為文件A，讀取到tmp_buf, 然后調用write將tmp_buf寫入到socket中，如圖：

在這個進程中文件A的經歷了4次copy的進程：

1. 首先，調用read時，文件A拷貝到了kernel模式；
2. 以后，CPU控制將kernel模式數據copy到user模式下；
3. 調用write時，先將user模式下的內容copy到kernel模式下的socket的buffer中；
4. 最后將kernel模式下的socket buffer的數據copy到網卡裝備中傳送；

從上面的進程可以看出，數據白白從kernel模式到user模式走了1圈，浪費了2次copy(第1次，從kernel模式拷貝到user模式；第2次從user模式再拷貝回kernel模式，即上面4次進程的第2和3步驟。)。而且上面的進程中kernel和user模式的上下文的切換也是4次。

榮幸的是，你可以用1種叫做Zero-Copy的技術來去掉這些無謂的copy。利用程序用Zero-Copy來要求kernel直接把disk的data傳輸給socket，而不是通過利用程序傳輸。Zero-Copy大大提高了利用程序的性能，并且減少了kernel和user模式上下文的切換。

詳述

Zero-Copy技術省去了將操作系統的read buffer拷貝到程序的buffer，和從程序buffer拷貝到socket buffer的步驟，直接將read buffer拷貝到socket buffer. Java NIO中的FileChannal.transferTo()方法就是這樣的實現，這個實現是依賴于操作系統底層的sendFile()實現的。

他底層的調用時系統調用sendFile()方法：

下圖展現了在transferTo()以后的數據流向：

下圖展現了在使用transferTo()以后的上下文切換：

使用了Zero-Copy技術以后，全部進程以下：

1. transferTo()方法使得文件A的內容直接拷貝到1個read buffer（kernel buffer）中；
2. 然后數據(kernel buffer)拷貝到socket buffer中。
3. 最后將socket buffer中的數據拷貝到網卡裝備（protocol engine）中傳輸；
   這明顯是1個偉大的進步：這里把上下文的切換次數從4次減少到2次，同時也把數據copy的次數從4次下降到了3次。

但是這是Zero-Copy么，答案是不是定的。

進階

Linux 2.1內核開始引入了sendfile函數（上1節有提到）,用于將文件通過socket傳送。

該函數通過1次系統調用完成了文件的傳送，減少了原來read/write方式的模式切換。另外更是減少了數據的copy, sendfile的詳細進程如圖：

通過sendfile傳送文件只需要1次系統調用，當調用sendfile時：

1. 首先（通過DMA）將數據從磁盤讀取到kernel buffer中；
2. 然后將kernel buffer拷貝到socket buffer中；
3. 最后將socket buffer中的數據copy到網卡裝備（protocol engine）中發送；

這個進程就是第2節（詳述）中的那個步驟。

sendfiel與read/write模式相比，少了1次copy。但是從上述進程中也能夠發現從kernel buffer中將數據copy到socket buffer是沒有必要的。

Linux2.4 內核對sendfile做了改進，如圖：

改進后的處理進程以下：

1. 將文件拷貝到kernel buffer中；
2. 向socket buffer中追加當前要產生的數據在kernel buffer中的位置和偏移量；
3. 根據socket buffer中的位置和偏移量直接將kernel buffer的數據copy到網卡裝備（protocol engine）中；

經過上述進程，數據只經過了2次copy就從磁盤傳送出去了。
這個才是真實的Zero-Copy(這里的零拷貝是針對kernel來說的，數據在kernel模式下是Zero-Copy)。

正是Linux2.4的內核做了改進，Java中的TransferTo()實現了Zero-Copy,以下圖：

Zero-Copy技術的使用處景有很多，比如Kafka, 又或是Netty等，可以大大提升程序的性能。

參考資料

1. Zero-Copy&sendfile淺析
2. Efficient data transfer through zero copy
3. Kafka Zero-Copy 使用分析
4. 理解Netty中的零拷貝（Zero-Copy）機制