Java sendFile 底层实现
前言
Java send file api 是 transferTo 方法和 transferFrom 方法。
注意：send file 是一个从磁盘到网卡驱动的 IO 优化。反过来，网卡到磁盘，是没有这个 IO 优化的。也就是说 transferFrom 方法并没有这种福利。
本文将稍稍深入，看看 Java 如何实现，注意，本文代码版本为 openjdk-8u40-src-b25-10_feb_2015。
transferFrom 解析
那么 transferFrom 底层是什么呢？简单说，就是使用了 MMAP 和 堆外内存而已。
上面的 transferFrom 方法代码中：
如果是普通 FileChannel 的话，就走 mmap，否则，走堆外内存，例如我们本次使用的 SocketChannelImpl。
transferFrom by mmap 细节：
简单来讲，在一个循环中，每次就是将 源文件根据 position 映射为一个 mmap，最大 8M，逐次的将数据写入的目标文件中。
transferFrom by 堆外内存细节：
从上面的代码可知，
如果我们使用的是 SocketChannelImpl ，就会走堆外内存，也是在一个循环里进行写入，每次最大 8k。用完尽量进行回收，不是释放。
其中，获取堆外内存的方法：
这个 bufferCache 是一个 ThreadLocal， 如下图所示 ，线程安全。类 netty 内存设计。
注意 ，这个 bufferCache 是 sun 写的一个简单版本的 基于直接内存的 Cache，是一个简单的内存池实现。内部是个数组，默认大小 16。get 方法的 key 是 size，即，如果数组中，有 capacity 超过 size ，就返回这个 buffer。
16 的来源是 JVM 底层实现，具体位置：IOUtil.c 140 line。
现在，假设这个 cache 有16 个槽位，内部现在有 14 个 ByteBuffer，此时 count 是 14。
start 指针指向头部，执行 get 方法，此时我们从 start 开始进行遍历，找到了下标位于 i 的元素，因为他的 capacity 比给定的 size 大。我们需要拿出这个元素。
此时 count 需要减去1，变成 13，同时，将头部的 start 元素移动到刚刚空出的位置。
注意，同时我们还需要将 start 指针放置于头部位置：
执行 start = (start + 1) % 16, 下次再次get 的时候，还是从头部开始。为什么这么做？为了避免无谓的遍历，当遇到空元素时，就直接 return 就好了。
具体参见代码：
ByteBuffer bb = buffers[i];
if (bb == null)// 避免无谓循环
break;
当用完这个 ByteBuf 之后，就需要进行归还————如果 cache 里还有空余空间，即 count < 16。
如何归还？
有个 Util.releaseTemporaryDirectBuffer(bb)方法， 该方法用于归还内存，注意：如果内存池满了，就调用 free 方法进行内存释放。
最终调用 offerFirstTemporaryDirectBuffer 方法。
如果添加进缓存池失败，就 free，添加缓存池的逻辑：
释放逻辑，简单来说，就是调用 unsafe 的 freeMemory 方法
限于篇幅，下次再说，还涉及到一些虚引用的内容。
transferFrom 方法小结
- 如果是源是 FileChannelImpl 类型， 就走 mmap ，循环映射 8MB 刷进磁盘。
- 如果源是 SocketChannelImpl 类型，就走堆外内存。简单来说，就是循环放进堆外内存，每次 8kb 刷进磁盘。注意：关于这个堆外内存，是用到了缓存池子的（堆外内存池化是常用优化手段），这个池子是个数组，长度是 16，使用 ThreadLocal 提升性能，每次获取，只要目标数组比池子中的 ByteBuffer 的 capacity 小即可使用，用完就还，如果满了，就调用 unsafe 释放。
transferTo 解析
transferTo 方法很有意思，先简单说下结论：
- 如果 OS 支持 send file（windows 不支持），就执行 system call。
- 如果 OS 不支持，就走 mmap。
- 如果 mmap 失败，就走 堆外内存。
代码如上。
注意：如果内核无法执行，返回 -2。在 jvm 代码中看到，apple ，linux，solaris, 还有 IBM 的 AIX 都支持 send file。
以上代码位置：FileChannelImpl.c 156 line。
如何使用 mmap 写进网卡？和 transferFrom 类似，每次最大映射 8Mb 内存，刷进网卡。每次用完之后 clean。
private static void unmap(MappedByteBuffer bb) {
Cleaner cl = ((DirectBuffer)bb).cleaner();
if (cl != null)
cl.clean();
}
如何使用直接内存？也和 transferFrom 类似，每次最大使用 8kb，循环刷进网卡。这里就补贴代码了。
总结
看了 send file 的 Java 层面实现，这里总结一下，只有 transferTo 用到了 send file，而且还是有条件的，具体，本文第二部分已经给出。
而 transferFrom 方法则是很普通的使用 mmap 或者 堆外内存，似乎我们有可以自己实现，反而性能可能会更好，例如我们使用更大的缓存，而不必循环多次，我们可以使用更大的 mmap 映射，而不是 8Mb，每次都需要 clean 再重新 mapping。
