1. 基本概念

I/O (Input/Output，输入/输出)即数据的读取（接收）或写入（发送）操作，通常用户进程中的一个完整IO分为两阶段：用户进程空间<-->内核空间、内核空间<-->设备空间（磁盘、网络等）。IO有内存IO、网络IO和磁盘IO三种.

这里主要理解网络I/O

• 5种IO模型：分别是阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动的IO模型、异步IO模型；前4种为同步IO操作，只有异步IO模型是异步IO操作。
• Java 当中的网络编程模型：BIO(同步并阻塞)、NIO(同步非阻塞)、AIO(异步非阻塞)

阻塞与非阻塞

阻塞与非阻塞是相对调用进程或者线程本身状态而言的，关键在于是否等待，阻塞状态下会浪费系统资源。

阻塞IO调用 ：
在用户进程（或线程）中调用执行的时候，进程会等待该IO操作，而使得其他操作无法执行。
应用： 阻塞式socket、Java BIO
特点：
- 进程阻塞挂起不消耗CPU资源，及时响应每个操作；
- 实现难度低、开发应用较容易；
- 适用并发量小的网络应用开发；

非阻塞IO调用：
在用户进程（或线程）中调用执行的时候，无论成功与否，该IO操作会立即返回，之后进程可以进行其他操作（当然如果是读取到数据，一般就接着进行数据处理）。
应用：非阻塞式socket
特点：
- 进程轮询（重复）调用，消耗CPU的资源；
- 实现难度低、开发应用相对阻塞IO模式较难；
- 适用并发量较小、且不需要及时响应的网络应用开发；

同步与异步

同步和异步关注的是双方的消息通信机制，或者说数据的请求及处理方式。这是一种机制
对于同步操作：请求进来会导致进程（或线程）阻塞，直到I/O操作完成，也就是说同步的操作会一直占用该进程（或线程），直到处理完毕才会释放
对于异步操作：请求则不会导致进程（或线程）阻塞

同步IO：
用户进程发出IO调用，去获取IO设备数据，双方的数据要经过内核缓冲区同步，完全准备好后，再复制返回到用户进程。而复制返回到用户进程会导致请求进程（或线程）阻塞，直到I/O操作完成。
异步IO：
用户进程发出IO调用，去获取IO设备数据，并不需要同步，内核直接复制到进程（或线程），整个过程不导致请求进程（或线程）阻塞。
应用：JAVA中AIO
特点：
- 不阻塞，并发性能好；
- 需要操作系统的底层支持；
- 实现、开发应用难度大；
- 非常适合高性能高并发应用；

2. Java中提供支持的网络编程操作

- BIO 同步并阻塞

同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

缺点：

1. 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write
2. 并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大
3. 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费

- NIO 同步非阻塞

同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理

- AIO 异步非阻塞

AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，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较长的应用

- 适用场景

1. BIO(同步并阻塞) 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，但程序简单易理解
2. NIO(同步非阻塞) 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，弹幕
   系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4 开始支持
3. AIO(异步非阻塞) 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。

3. java-NIO编程

Java NIO 全称java non-blocking IO ，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的.
1. NIO 有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)
2. NIO是 面向缓冲区编程的。 数据读取到一个缓冲区中，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
3. Java NIO 的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入， 这个线程同时可以去做别的事情。通俗理解：NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有 10000 个请求过来,根据实际情况，可以分配50 或者 100 个线程来处理。不像之前的阻塞 IO 那样，非得分配 10000 个

NIO和 BIO的比较

1. BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以缓冲区的方式处理数据,缓冲区 I/O 的效率比流 I/O 高很多
2. BIO 是阻塞的，NIO则是非阻塞的
3. BIO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求， 数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

NIO 三大核心原理

1. 每个 channel 都会对应一个 Buffer
2. Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接)
3. 每个 channel 都注册到 Selector选择器上
4. Selector不断轮询查看Channel上的事件, 事件是通道Channel非常重要的概念
5. Selector 会根据不同的事件，完成不同的处理操作
6. Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组
7. 数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是输出流, 不能双向，但是
   NIO 的 Buffer 是可以读也可以写 , channel 是双向的

缓冲区(Buffer)

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个数组，该对象
提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的
状态变化情况。Channel 提供从网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer.

在 NIO 中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类, 类的层级关系图,常用的缓冲区分别对应byte,short, int, long,float,double,char 7种.

• 常用API

  // 创建byte类型的指定长度的缓冲区
  static ByteBuffer allocate(长度) 
  // 创建一个有内容的byte类型缓冲区
  static ByteBuffer wrap(byte[] array) 
  
  /** 缓冲区对象数据操作  */
  int position()/position(int、newPosition)
  获得当前要操作的索引/修改当前要操作的索引位置
  int limit()/limit(int newLimit) 最多能操作到哪个索引/修改最多能操作的索引位置
  int capacity() 返回缓冲区的总长度
  int remaining()/boolean
  hasRemaining() 还有多少能操作索引个数/是否还有能操作
  put(byte b)/put(byte[] src) 添加一个字节/添加字节数组
  
  /** 缓冲区对象数据 读取*/
  flip() 写切换读模式 limit设置position位置, position设置0
  get() 读一个字节
  get(byte[] dst) 读多个字节
  get(int index) 读指定索引的字节
  rewind() 将position设置为0，可以重复读
  clear() 切换写模式 position设置为0 , limit 设置为 capacity
  array() 将缓冲区转换成字节数组返回
  

通道(Channel)

Selector (选择器)

缓冲区(Buffer)