传统 IO 问题NIO 优化
1、通过 DirectByteBuf2、进一步优化（linux 2.1）3、进一步优化（linux 2.4） 零拷贝
传统 IO 问题传统的 IO 将一个文件通过 socket 写出
File f = new File("helloword/data.txt");
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(file, "r");
byte[] buf = new byte[(int)f.length()];
file.read(buf);
Socket socket = ...;
socket.getOutputStream().write(buf);
读取磁盘数据的时候，之所以要发生上下文切换，这是因为用户空间没有权限操作磁盘或网卡，内核的权限最高，这些操作设备的过程都需要交由操作系统内核来完成，所以一般要通过内核去完成某些任务的时候，就需要使用操作系统提供的系统调用函数。
而一次系统调用必然会发生 2 次上下文切换：首先从用户态切换到内核态，当内核执行完任务后，再切换回用户态交由进程代码执行。
所以，要想减少上下文切换到次数，就要减少系统调用的次数。
内部工作流程是这样的：
共有四次数据拷贝：
Java 本身并不具备 IO 读写能力，因此 read 方法调用后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，去调用操作系统的读能力，将数据读入内核缓冲区。这期间用户线程阻塞，操作系统使用 DMA（Direct Memory Access）来实现文件读，期间也不会使用 cpu。
DMA 也可以理解为硬件单元，用来解放 cpu 完成文件 IO。
从内核态切换回用户态，将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区（此处的用户缓存也就是 byte[] buf），这期间 cpu 会参与拷贝，无法利用 DMA。
调用 write 方法，这时将数据从用户缓冲区（byte[] buf）写入 socket 缓冲区，cpu 会参与拷贝
接下来要向网卡写数据，这项能力 Java 又不具备，因此又得从用户态切换至内核态，调用操作系统的写能力，使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu。
在前面我们知道了，传统的文件传输方式会历经 4 次数据拷贝，而且这里面，「从内核的读缓冲区拷贝到用户的缓冲区里，再从用户的缓冲区里拷贝到 socket 的缓冲区里」，这个过程是没有必要的。
因为文件传输的应用场景中，在用户空间我们并不会对数据「再加工」，所以数据实际上可以不用搬运到用户空间，因此用户的缓冲区是没有必要存在的。
中间环节较多，Java 的 IO 实际不是物理设备级别的读写，而是缓存的复制，底层的真正读写是操作系统来完成的。
用户态与内核态的切换发生了 3 次，这个操作比较重量级。数据拷贝了共 4 次。 NIO 优化 1、通过 DirectByteBuf
ByteBuffer.allocate(10) HeapByteBuffer 使用的还是 Java 内存ByteBuffer.allocateDirect(10) DirectByteBuffer 使用的是操作系统内存
减少了1次数据拷贝。
两个缓冲区用同一块内存。大部分步骤与优化前相同，不再赘述。
Java 可以使用 DirectByteBuf 将堆外内存映射到 Jvm 内存中来直接访问使用。
这块内存不受 Jvm 垃圾回收的影响，因此内存地址固定，有助于 IO 读写。Java 中的 DirectByteBuf 对象仅维护了此内存的虚引用，内存回收分成两步：
DirectByteBuf 对象被垃圾回收，将虚引用加入引用队列。通过专门线程访问引用队列，根据虚引用释放堆外内存。 减少了一次数据拷贝，用户态与内核态的切换次数没有减少。 2、进一步优化（linux 2.1）
（底层采用了 linux 2.1 后提供了一个专门发送文件的系统调用函数 sendfile()），Java 中对应着两个 channel 调用 transferTo/transferFrom 方法拷贝数据。
- Java 调用 transferTo 方法后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu。数据从内核缓冲区传输到 socket 缓冲区，cpu 会参与拷贝。最后使用 DMA 将 socket 缓冲区 的数据写入网卡，不会使用 cpu，之后又从内核态切换到用户态来执行程序。
可以看到，减少了1次上下文切换和1次数据拷贝。
只发生了 2 次用户态与内核态的切换，因为此时无需用户缓存区，所以无需从内核态切换到用户态。数据拷贝了 3 次 3、进一步优化（linux 2.4）
linux2.4后，对于支持网卡支持 SG-DMA 技术的情况下， sendfile() 系统调用的过程发生了点变化。
- Java 调用 transferTo 方法后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu。只会将一些 offset 和 length 信息拷入 socket 缓冲区，几乎无消耗，可忽略不计。所以此过程不需要将数据从操作系统内核缓冲区拷贝到 socket 缓冲区中，这样就减少了一次数据拷贝。使用 DMA 将 内核缓冲区 的数据直接写入网卡，不会使用 cpu。
再次减少了1次拷贝。
整个过程发生了2次内核态和用户态的上下文切换，数据拷贝了 2 次。
零拷贝零拷贝技术的文件传输方式相比传统文件传输的方式，减少了 1 次上下文切换和 2 次数据拷贝次数，只需要 2 次上下文切换和数据拷贝次数，就可以完成文件的传输，而且 2 次的数据拷贝过程，都不需要通过 CPU，2 次都是由 DMA 来搬运。
所谓的【零拷贝】，并不是真正无拷贝，而是再也不会拷贝重复数据到 Jvm 内存中，零拷贝的优点有
更少的用户态与内核态的切换。不利用 cpu 计算，减少 cpu 缓存伪共享。零拷贝适合小文件传输。
