最近一位3年工作经验的小伙伴去某厂面试，被问到这样一个问题，说：”请你简单说一下Kafka的零拷贝原理“。然后，这位小伙伴突然愣住了，什么是零拷贝，零拷贝跟Kafka有关系吗？

那么今天，我给大家来聊一聊我对Kafka零拷贝原理的理解。

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1、什么是零拷贝？

在实际应用中，如果我们需要把磁盘中的某个文件内容发送到远程服务器上，它必须要经过几个拷贝的过程，如图所示：

1、从磁盘中读取目标文件内容拷贝到内核缓冲区

2、CPU控制器再把内核缓冲区的数据赋值到用户空间的缓冲区中

3、接着在应用程序中，调用write()方法，把用户空间缓冲区中的数据拷贝到内核下的Socket Buffer中。

4、最后，把在内核模式下的SocketBuffer中的数据赋值到网卡缓冲区（NIC Buffer)

5、网卡缓冲区再把数据传输到目标服务器上。

在这个过程中我们可以发现，数据从磁盘到最终发送出去，要经历4次拷贝，而在这四次拷贝过程中，有两次拷贝是浪费的，分别是：

1、从内核空间赋值到用户空间

2、从用户空间再次复制到内核空间

除此之外，由于用户空间和内核空间的切换会带来CPU的上线文切换，对于CPU性能也会造成性能影响。

而零拷贝，就是把这两次多于的拷贝省略掉，应用程序可以直接把磁盘中的数据从内核中直接传输给Socket，而不需要再经过应用程序所在的用户空间，如下图所示。

零拷贝通过DMA（Direct Memory Access）技术把文件内容复制到内核空间中的Read Buffer，

接着把包含数据位置和长度信息的文件描述符加载到Socket Buffer中，DMA引擎直接可以把数据从内核空间中传递给网卡设备。

在这个流程中，数据只经历了两次拷贝就发送到了网卡中，并且减少了2次cpu的上下文切换，对于效率有非常大的提高。

2、Kafka零拷贝？

所以，所谓零拷贝，并不是完全没有数据赋值，只是相对于用户空间来说，不再需要进行数据拷贝。对于前面说的整个流程来说，零拷贝只是减少了不必要的拷贝次数而已。

在程序中实现零拷贝的方式有三种：

1、在Linux中，零拷贝技术依赖于底层的sendfile()方法实现

2、在Java中，FileChannal.transferTo() 方法的底层调用的就是 sendfile() 方法。

3、MMAP 文件映射机制。它的原理是，将磁盘文件映射到内存, 用户通过修改内存就能修改磁盘文件。使用这种方式可以获取很大的I/O提升，省去了用户空间到内核空间复制的开销。

以上就是我对于Kafka中零拷贝原理的理解

本次的面试题涉及到一些计算机底层的原理，大家在平时的业务开发过程中也很少关注。但我想提醒大家，如果要在技术路上走得更远，还是要多关注一些底层的实现原理，把基础打牢固。

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