基于零拷贝技术的的java NIO文件下载服务器

摘要：什么是零拷贝我们首先来认识一下传统的操作。因为在这套体系里，不仅仅提供了非阻塞的编程模型，而且提供了类似零拷贝，内存映射这样的新技术对于操作系统来说早就有了。

什么是零拷贝？
我们首先来认识一下传统的I/O操作。
假如说用户进程现在要把一个文件复制到另一个地方。
那么用户程序必须先把这个文件读入内存，然后再把内存里的数据写入另一个文件。
不过文件读入内存也不是直接读入用户进程的内存，而是先读入操作系统内核的内存，然后再从操作系统内核的内存区读到用户进程的内存。
与之对应的是，写文件也不是直接写到磁盘上的文件，而是用户进程先把自己内存的数据传到操作系统内核的内存，然后再从操作系统内核的内存区写到磁盘。而这其中涉及到诸多的系统调用。
因此看上去简单的操作至少要分为四部
1磁盘文件读入操作系统
2操作系统读到用户进程
3用户进程写到操作系统
4操作系统写入磁盘文件

零拷贝和传统I/O有和不同？
零拷贝就是指，传输一个文件的时候，不需要把文件读到用户进程再处理，而是直接把文件读到操作系统一个内存区，然后再移动到操作系统的另一个内存区，最后写入文件。
这样一来，步骤变成这样：
1磁盘文件读入操作系统
2操作系统把数据写入操作系统另一个区域
3操作系统写入磁盘文件
虽然只少了一步，但是这里不仅减少了数据移动的时间损耗，而且减少了系统调用的次数，因此大大缩短了时间。
更加详细的解释请看https://blog.csdn.net/u010530...

java里如何实现零拷贝呢？
这就要说起java nio中的FileChannel.transferTo()方法了，该方法是把FileChannel中的数据利用零靠的技术转移到另一个channel。这另一个channel往往是FileChannel，不过SocketChannel也是可以的:)。
简单实现(静态下载文件，不能根据用户指令来更改下载的文件。)
代码如下：
单线程版本：

package qiuqi.filedownloadtest;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;

public class FileServer {

    
    public static void main(String[] args) throws IOException {


        startServer();
    }

    public static void startServer() throws IOException {
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (selector.select() > 0)
        {
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext())
            {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                if(key.isAcceptable())
                {
                 SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                 try (FileInputStream in = new FileInputStream("C:UsersdellDesktopOL手机数据(1).rar")){

                         long size = in.available();
                         long num = 0;
                         long begin = 0;
                         while ( (num = in.getChannel().transferTo(begin,size,socketChannel))!=0)
                         {
                             size-=num;
                             begin += num;
                         }
                     socketChannel.close();

                 }
                 catch (IOException e){e.printStackTrace();}

                }
            }
        }


    }
}

多线程版本：

package qiuqi.filedownloadtest;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FileServer {

    static ExecutorService threadpool = Executors.newCachedThreadPool();
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        startServer();
    }

    public static void startServer() throws IOException {
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (selector.select() > 0)
        {
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext())
            {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                if(key.isAcceptable())
                {
                 SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    threadpool.execute(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try (FileInputStream in = new FileInputStream("C:UsersdellDesktopOL手机数据(1).rar")){

                         long size = in.available();
                         long num = 0;
                         long begin = 0;
                         while ( (num = in.getChannel().transferTo(begin,size,socketChannel))!=0)
                         {
                             size-=num;
                             begin += num;
                         }
                                socketChannel.close();
                            }
                            catch (IOException e){e.printStackTrace();}
                        }
                    });
                 

                }
            }
        }


    }
}

代码就不讲解了。如果学过java nio，那么理解上面的程序轻而易举。
如果不熟悉java nio的服务器编程那么请先学习再来观看。

最后我想说，java NIO真的是NEW IO即新的IO，而不是NonBlocking IO即非阻塞IO。因为在这套体系里，不仅仅提供了非阻塞的编程模型，而且提供了类似零拷贝，内存映射这样的新技术(对于操作系统来说早就有了)。