Java与Netty实现高性能高并发( 三 ) _Java

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图2-11 文件传输 “零拷贝”
对于很多操作系统它直接将文件缓冲区的内容发送到目标Channel中，而不需要通过拷贝的方式，这是一种更加高效的传输方式，它实现了文件传输的“零拷贝” 。
2.2.3. 内存池
随着JVM虚拟机和JIT即时编译技术的发展，对象的分配和回收是个非常轻量级的工作。但是对于缓冲区Buffer，情况却稍有不同，特别是对于堆外直接内存的分配和回收，是一件耗时的操作。为了尽量重用缓冲区，Netty提供了基于内存池的缓冲区重用机制。下面我们一起看下Netty ByteBuf的实现：

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图2-12 内存池ByteBuf
Netty提供了多种内存管理策略，通过在启动辅助类中配置相关参数，可以实现差异化的定制。
下面通过性能测试，我们看下基于内存池循环利用的ByteBuf和普通ByteBuf的性能差异。
用例一，使用内存池分配器创建直接内存缓冲区：

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图2-13 基于内存池的非堆内存缓冲区测试用例
用例二，使用非堆内存分配器创建的直接内存缓冲区：

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图2-14 基于非内存池创建的非堆内存缓冲区测试用例
各执行300万次，性能对比结果如下所示：

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图2-15 内存池和非内存池缓冲区写入性能对比
性能测试表明，采用内存池的ByteBuf相比于朝生夕灭的ByteBuf，性能高23倍左右（性能数据与使用场景强相关）。
下面我们一起简单分析下Netty内存池的内存分配：

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图2-16 AbstractByteBufAllocator的缓冲区分配
继续看newDirectBuffer方法，我们发现它是一个抽象方法，由AbstractByteBufAllocator的子类负责具体实现，代码如下：

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图2-17 newDirectBuffer的不同实现
代码跳转到PooledByteBufAllocator的newDirectBuffer方法，从Cache中获取内存区域PoolArena，调用它的allocate方法进行内存分配：

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图2-18 PooledByteBufAllocator的内存分配
PoolArena的allocate方法如下：

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图2-18 PoolArena的缓冲区分配
我们重点分析newByteBuf的实现，它同样是个抽象方法，由子类DirectArena和HeapArena来实现不同类型的缓冲区分配，由于测试用例使用的是堆外内存，

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图2-19 PoolArena的newByteBuf抽象方法
因此重点分析DirectArena的实现：如果没有开启使用sun的unsafe，则

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图2-20 DirectArena的newByteBuf方法实现
执行PooledDirectByteBuf的newInstance方法，代码如下：

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图2-21 PooledDirectByteBuf的newInstance方法实现
通过RECYCLER的get方法循环使用ByteBuf对象，如果是非内存池实现，则直接创建一个新的ByteBuf对象。从缓冲池中获取ByteBuf之后，调用AbstractReferenceCountedByteBuf的setRefCnt方法设置引用计数器，用于对象的引用计数和内存回收（类似JVM垃圾回收机制）。
2.2.4. 高效的Reactor线程模型
常用的Reactor线程模型有三种，分别如下：
1) Reactor单线程模型；
2) Reactor多线程模型；
3) 主从Reactor多线程模型
Reactor单线程模型，指的是所有的IO操作都在同一个NIO线程上面完成，NIO线程的职责如下：
1) 作为NIO服务端，接收客户端的TCP连接；
2) 作为NIO客户端，向服务端发起TCP连接；
3) 读取通信对端的请求或者应答消息；
4) 向通信对端发送消息请求或者应答消息。
Reactor单线程模型示意图如下所示：

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图2-22 Reactor单线程模型
由于Reactor模式使用的是异步非阻塞IO，所有的IO操作都不会导致阻塞，理论上一个线程可以独立处理所有IO相关的操作。从架构层面看，一个NIO线程确实可以完成其承担的职责。例如，通过Acceptor接收客户端的TCP连接请求消息，链路建立成功之后，通过Dispatch将对应的ByteBuffer派发到指定的Handler上进行消息解码。用户Handler可以通过NIO线程将消息发送给客户端。