java的文件拷贝方式及NIO相关知识扩展：

java的文件拷贝方式：

利于FileInputStream读取，利用FileOutputStream写入；代码如下：(此处buffer与Buffered stream效果一致，取其一即可，无需两者同时使用，建议使用buffered stream)

   public static void copy(String source,String target) throws IOException {
     try(FileInputStream input = new FileInputStream(source);
         FileOutputStream out = new FileOutputStream(target)){
       BufferedOutputStream bufferedOut = new BufferedOutputStream(out);
       BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(input);
       byte[] buffer = new byte[10240];
       int size = 0;
       while((size = bufferedInput.read(buffer)) > 0) {
         bufferedOut.write(buffer,0,size);
       }
       bufferedOut.flush();
     }
   }

利用java.nio提供的trasferTo或者trasferFrom方法实现，它更能利用现代操作系统的底层机制，避免不必要的拷贝和上下文切换，代码如下：

   public static void copy2(String source,String target) throws IOException {
     try(FileChannel input = new FileInputStream(source).getChannel();
         FileChannel out = new FileOutputStream(target).getChannel();){
       long length = input.size();
       //while( length > 0) {
       //length -= input.transferTo(input.position(),length,out);
       //}
       //or
       while(length > 0) {
         //transferFrom并不会改变out流的position位置，
         //但是会改变的input流的position位置；
         length -= out.transferFrom(input,input.position(),length);
       }
     }
   }

为什么transferTo或者transferFrom有性能优势：

理解内核态空间和用户态空间：
1. 普通应用程序运行于用户态空间，权限受限，无法对底层IO进行操作，相关的操作需要切换到内核态空间才能执行；这就会带来空间切换的开销；系统内核、硬件驱动都运行于内核态空间，具有较高的权限；

用户态空间下进行文件拷贝示意图：

用户态空间文件拷贝示意图.png

用户态空间下文件拷贝实际上进行了多次上下文切换，且数据需要先从磁盘读取到内核缓存，在切换到用户态将数据从内核缓存读取到用户缓存；写入操作也是类似，这就带来了额外开销，降低IO效率；

transferTo或者transferFrom则能利用底层操作系统机制，在Linux上使用零拷贝技术，数据传输无需用户态参与,省去了上下文切换的开销与不必要的内存拷贝；示意图如下：

transferTo文件拷贝示意图.png

标准库(JDK1.8u201)提供的相关拷贝（java.nio.file.Files.copy）:

public static Path copy(Path source, Path target, CopyOption... options)throws IOException
public static long copy(InputStream in, Path target, CopyOption... options) throws IOException
public static long copy(Path source, OutputStream out) throws IOException {

以上方法均使用的是用户态空间拷贝；其中第一个方法是使用本地技术实现的用户态拷贝；1.8以后的JDK版本下面两个函数版本可能会采用transferTo或者transferFrom进行优化；

提高文件拷贝性能的原则：

尽量使用缓存，合理减少IO访问次数；
使用transferTo机制，减少上下文切换和不必要内存拷贝；
减少不必要的转换，直接传输二进制；如：编解码、序列化和反序列化；

掌握NIO Buffer;

1. buffer属性：

capacity，它反映这个buffer的大小；
limit：它反映这个buffer的可读或者可写限度；
position：该buffer目前读取、写入的位置；都是从0开始的；
mark：便利性的考虑，可以通过mark（）记录地址，reset将position设置为上一次mark的位置；clear，flip，rewind都会清零mark（设置为-1）；

2. buffer注意：

即使调用了flip方法，也需要注意的是该buffer依然能够写入数据，并且position会随着写入字节水涨船高，如果超过limit大小，则会抛出BufferOverflowException；
buffer.get()方法可以传入一个byte数组，注意，该方法会根据byte数组的大小来决定读取多少，使用get方法从0开始填充到数组的最后一位，如果byte大小超过了ByteBuffer的可以读取的限度，则会抛出BufferUnderflowException；

3. buffer的方法：

put（），get（）：基本的写入和读取方法，会影响position的数值，还有putInt，putFloat等版本，int占4个byte空间，如果是ByteBuffer则position会增长4；
flip方法：将position设置为0，limit设置为当前的position那里，并清除mark；
rewind：position设置为0，请出mark；
clear：position设置为0，limit设置为capacity，清除mark；
hasRemaining（）：返回当前position和limit之间是否还有元素；
Remaining（）：返回还有多少元素；
reset（）：position设置为mark的位置；

4. direct buffer、MappedByteBuffer和垃圾收集

MappedByteBuffer：FileChannel.map()可以创建，本质上也是一种DirectBuffer，它将文件按照指定大小直接映射为内存区域，当程序访问内存区域时，将直接操作文件数据，省去了数据从内核空间向用户空间传输的损耗，使用写模式时注意使用RandomAccessFile与其配合，因为无论是FileInputStream还是FileOutputStream均不能满足其map中的读写模式，但又没有提供只写模式,但其也存在一些问题：如内存占用、文件关闭不确定，被其打开的文件只有在垃圾回收的才会被关闭，而且这个时间点是不确定的；
获取direct buffer：ByteBuffer.allocateDirect(1000)来获取DirectBuffer；
检测是否是DirectBuffer：buffer提供了isDirect函数来检测是否是DirectBuffer
Direct Buffer 在实际使用过程中，java会尽量对其仅作本地IO操作，对于很多大数据量的IO操作，会带来非常大的性能优势：
1. 因为生命周期内地址都不会再改变，内核可以安全对其进行访问，所以很多IO操作都会很高效；
2. 因为是堆外对象，省去了额外的维护开销，访问效率更高；
Direct Buffer使用注意：
1. 创建和销毁都比一般buffer开销要大；
2. -Xmx不能影响其使用，因为其是堆外存储；限制方式如下：
  -XX:MaxDirectMemorySize=512M
  
  所以在使用DirectBuffer时，应注意内存大小需要考虑其空间占用；否则容易导致OOM；
3. 大部分gc不会主动收集DirectBuffer；它的销毁往往要等到FullGC；
使用建议：
1. 重复使用DirectBuffer；
2. 跟踪和诊断DirectBuffer内存占用：
  1. -XX:NativeMemoryTracking={summary|detail}可以开启Native Memory Tracking（NMT）特性，激活 NMT 通常都会导致 JVM 出现 5%~10% 的性能下降,采用以下命令进行交互式对比：
```
 // 打印NMT信息
 jcmd <pid> VM.native_memory detail 
 
 // 进行baseline，以对比分配内存变化
 jcmd <pid> VM.native_memory baseline
 
 // 进行baseline，以对比分配内存变化
 jcmd <pid> VM.native_memory detail.diff
```

Scattering Reads And Gathering Writes

定义：

Scattering Reads

Scattering Reads是指数据从一个channel读取到多个buffer中。如下图描述：

scatteringRead.png

Gathering Writes

Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。如下图描述：

gatherWrite.png

使用语法：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);  
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);  
ByteBuffer[] dataBuffers = {header, body};
//注意只会将buffer中的有效数据写入或者读取channel，也就是说受limit的影响，
//如果channel中的数据大于buffer总空间，不会抛出异常，依次读取写入buffer，能读多少读多少；
channle.write(dataBuffers);
channel.read(resultBuffers);

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