Kafka之所以那么快的另外一個原因就是零拷貝（zero-copy）技術。本文我們就來了解Kafka中使用的零拷貝技術為什么那么快。
傳統的文件拷貝
傳統的文件拷貝通常需要從用戶態去轉到核心態，經過read buffer，然后再返回到用戶態的應用層buffer，然后再從用戶態把數據拷貝到核心態的socket buffer，然后發送到網卡。如下圖所示：
從上圖你會發現，傳統的數據傳輸需要多次的用戶態和核心態之間的切換，而且還要把數據復制多次，最終才打到網卡。
如果減少了用戶態與核心態之間的切換，是不是就會更快了呢？如下圖：
此時我們會發現用戶態“空空如也”。數據沒有來到用戶態，而是直接在核心態就進行了傳輸，但這樣依然還是有多次復制。首先數據被讀取到read buffer中，然后發到socket buffer，最后才發到網卡。雖然減少了用戶態和核心態的切換，但依然存在多次數據復制。
如果可以進一步減少數據復制的次數，甚至沒有數據復制是不是就會做到最快呢？
DMA
別急，這里我們先介紹一個新的武器:DMA。
DMA，全稱叫Direct Memory Access，一種可讓某些硬件子系統去直接訪問系統主內存，而不用依賴CPU的計算機系統的功能。聽着是不是很厲害，跳過CPU，直接訪問主內存。傳統的內存訪問都需要通過CPU的調度來完成。如下圖：
而DMA，則可以繞過CPU，硬件自己去直接訪問系統主內存。如下圖：
很多硬件都支持DMA，這其中就包括網卡。
零拷貝
回到本文中的文件傳輸，有了DMA后，就可以實現絕對的零拷貝了，因為網卡是直接去訪問系統主內存的。如下圖：
Java的零拷貝實現
在Java中的零拷貝實現是在FileChannel中，其中有個方法transferTo(position,fsize,src)。
傳統的文件傳輸是通過java.io.DataOutputStream，java.io.FileInputStream來實現的，然后通過while循環來讀取input，然后寫入到output中。
零拷貝則是通過java.nio.channels.FileChannel中的transferTo方法來實現的。transferTo方法底層是基於操作系統的sendfile這個system call來實現的（不再需要拷貝到用戶態了），sendfile負責把數據從某個fd（file descriptor）傳輸到另一個fd。
sendfile：
Java的transferTo：
傳統方式與零拷貝性能對比
可以看出速度快出至少三倍多。Kafka在文件傳輸的過程中正是使用了零拷貝技術對文件進行拷貝。建議以后多用FileChannel的transferTo吧。
回顧
- 傳統的文件傳輸有多次用戶態和內核態之間的切換，而且文件在多個buffer之間要復制多次最終才被發送到網卡。
- DMA是一種硬件直接訪問系統主內存的技術。
- 多種硬件都已使用了DMA技術，其中就包括網卡（NIC）。
- DMA技術讓CPU得到解放，讓CPU可以不用一直守着來完成文件傳輸。
- 零拷貝技術減少了用戶態與內核態之間的切換，讓拷貝次數降到最低，從而實現高性能。
- Kafka使用零拷貝技術來進行文件的傳輸。