一、IO流简介
流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流，流的本质是数据传输，根据数据传输特性将流抽象为各种类，方便更直观的进行数据操作。
二、IO的三种方式
2.1 BIO方式
BIO就是阻塞IO，每个TCP连接进来服务端都需要创建一个线程来建立连接并进行消息的处理。如果中间发生了阻塞(比如建立连接、读数据、写数据时发生阻碍)，线程也会发生阻塞，并发情况下，N个连接需要N个线程来处理。
这种方式的缺点就是：并发情况下效率很低。
2.2 NIO方式
NIO 也就是非阻塞IO，是基于事件驱动的思想(Reactor线程模型)。对比与BIO来说，NIO使用一个线程来管理所有的Socket 通道，也就是基于Selector机制，当查询到事件时(连接、接受连接、读、写)，就会转发给不同的处理线程(handler)。
2.3 AIO方式
AIO是JDK1.7提出的，也就是异步IO。AIO采用的是Proactor模式。我们首先应该辨析的是AIO和NIO的区别：
（1）NIO的通知是发生在Handler之前； （2）AIO的通知是发生在读写等处理之后的回调，有通知时表示相关操作已经结束了。
AIO在进行读写操作时，只需要调用相应的read/write方法，并传入CompletionHandler(动作完成时处理器)，在动作完成后会调用CompletionHandler。 NIO的通知是发生在动作之前，是在可读可写的时候，Selector发现了这些事件后就通知并调用Handler处理
新的IO2.0，即NIO2.0，jdk1.7开始应用，叫做异步不阻塞的IO。AIO引入异常通道的概念，采用了Proactor模式，简化了程序编写，一个有效的请求才启动一个线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间长的应用。
2.4 IO的综合对比
BIONIOAIO
客户端:线程数1:1M:1M:0
阻塞类型阻塞非阻塞非阻塞
同步类型同步同步异步
编程难度简单非常复杂复杂
调试难度简单复杂复杂
可靠性非常差高高
吞吐量低高高
2.5 IO的使用场景
（1）BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
（2）NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
（3）AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。
三、NIO详解
3.1 NIO之进程执行I/O操作的步骤
（1）进程使用底层函数read()，建立和执行适当的系统调用，要求其缓冲区被填满，此时控制权移交给内核
（2）内核随即向磁盘控制硬件发出命令，要求其从磁盘读取数据
（3）磁盘控制器和数据直接写入内核内存缓冲区，这一步通过DMA完成，无需主CPU协助。这里多提一句，关于DMA，可以百度一下，它是现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载，大大提升了整个系统的效率
（4）一旦磁盘控制器把缓冲区填满，内核随即把数据从内核空间的临时缓冲区拷贝到进程执行read()调用时指定的缓冲区
（5）进程从用户空间的缓冲区中拿到数据
当然，如果内核空间里已经有数据了，那么该数据只需要简单地拷贝出来即可。至于为什么不能直接让磁盘控制器把数据送到用户空间的缓冲区呢？最简单的一个理由就是，硬件通常不能直接访问用户空间。
3.2 NIO之Reactor模式
在Reactor模式中，事件分离者等待某个事件或者可应用或个操作的状态发生(比如文件描述符可读写，或者是socket可读写),事件分离者就把这个事件传给事先注册的事件处理函数或者回调函数，由后者来做实际的读写操作。
3.3 NIO之缓冲区Buffer
Buffer是一个数据对象，我们可以把它理解为固定数量的数据的容器，它包含一些要写入或者读出的数据。
在Java NIO中，任何时候访问 NIO 中的数据，都需要通过缓冲区（Buffer）进行操作。读取数据时，直接从缓冲区中读取，写入数据时，写入至缓冲区。NIO 最常用的缓冲区则是 ByteBuffer。下图是 Buffer 继承关系图：
每一个Java基本类型都对应着一种 Buffer，他们都包含这相同的操作，只不过是所处理的数据类型不同而已。
3.4 NIO之通道Channel
Channel是一个通道，它就像自来水管一样，网络数据通过 Channel 这根水管读取和写入。传统的 IO 是基于流进行操作的，Channle 和类似，但又有些不同：
区别流通过Channel
支持异步不支持支持
是否可双向传输数据不能，只能单向可以，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据
正如上面说到的，Channel必须要配合 Buffer 一起使用，我们永远不可能将数据直接写入到 Channel 中，同样也不可能直接从 Channel 中读取数据。都是通过从 Channel 读取数据到 Buffer 中或者从 Buffer 写入数据到 Channel 中，如下：
3.5 NIO之多路复用器Selector
多路复用器Selector，它是 Java NIO 编程的基础，它提供了选择已经就绪的任务的能力。从底层来看，Selector 提供了询问通道是否已经准备好执行每个 I/O 操作的能力。简单来讲，Selector 会不断地轮询注册在其上的 Channel，如果某个 Channel 上面发生了读或者写事件，这个 Channel 就处于就绪状态，会被 Selector 轮询出来，然后通过 SelectionKey 可以获取就绪 Channel 的集合，进行后续的 I/O 操作。
Selector允许一个线程处理多个 Channel ，也就是说只要一个线程复杂 Selector 的轮询，就可以处理成千上万个 Channel ，相比于多线程来处理势必会减少线程的上下文切换问题。下图是一个 Selector 连接三个 Channel ：
选择器的执行：
（1）创建一个或者多个可选择的通道（SelectableChannel）
（2）将这些创建的通道注册到选择器对象中
（3）选择键会记住开发者关心的通道，它们也会追踪对应的通道是否已经就绪
（4）开发者调用一个选择器对象的select()方法，当方法从阻塞状态返回时，选择键会被更新
（5）获取选择键的集合，找到当时已经就绪的通道，通过遍历这些键，开发者可以选择对已就绪的通道要做的操作
对于选择器的操作，大致就是这么几步，OK，接下去再进一步，看一下和选择器相关的三个类。
四、AIO详解
4.1 AIO之Proactor模式
在Proactor模式中，事件处理者(或者代由事件分离者发起)直接发起一个异步读写操作(相当于请求)，而实际的工作是由操作系统来完成的。发起时，需要提供的参数包括用于存放读到数据的缓存区，读的数据大小，或者用于存放外发数据的缓存区，以及这个请求完后的回调函数等信息。事件分离者得知了这个请求，它默默等待这个请求的完成，然后转发完成事件给相应的事件处理者或者回调。举例来说，在Windows上事件处理者投递了一个异步IO操作(称有 overlapped的技术)，事件分离者等IOCompletion事件完成. 这种异步模式的典型实现是基于操作系统底层异步API的，所以我们可称之为“系统级别”的或者“真正意义上”的异步，因为具体的读写是由操作系统代劳的。
