I/O即输入/输出(Input/Output)。
I/O 也有不同的访问层次，主要有以下三个：
1) 高级语言函数
高级编程语言，如 C++ 或 Java，包含了执行输入输出的函数。由于这些函数要在各种不同的计算机系统中工作，并不依赖于任何一个操作系统，因此，这些函数具有可移植性。
2) 操作系统
程序员能够从被称为 API（应用程序编程接口，Application Programming Interface）的库中调用操作系统函数。操作系统提供高级操作，比如，向文件写入字符串，从键盘读取字符串，和分配内存块。
3) BIOS
基本输入输出系统是一组能够直接与硬件设备通信的低级子程序集合。BIOS 由计算机制造商安装并定制，以适应机器硬件。操作系统通常与 BIOS 通信。
Java的I/O分为四种层次BIO、NIO、IO多路复用、AIO。
1、BIO Blocking IO
同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。这里使用那个经典的烧开水例子，这里假设一个烧开水的场景，有一排水壶在烧开水，BIO的工作模式就是， 叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。但是实际上线程在等待水壶烧开的时间段什么都没有做。
举个栗子，发起一个blocking socket的read读操作系统调用，流程大概是这样：
（1）当用户线程调用了read系统调用，内核（kernel）就开始了IO的第一个阶段：准备数据。很多时候，数据在一开始还没有到达（比如，还没有收到一个完整的Socket数据包），这个时候kernel就要等待足够的数据到来。
（2）当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel内核缓冲区，拷贝到用户缓冲区（用户内存），然后kernel返回结果。
（3）从开始IO读的read系统调用开始，用户线程就进入阻塞状态。一直到kernel返回结果后，用户线程才解除block的状态，重新运行起来。
BIO优点：程序简单，在阻塞等待数据期间，用户线程挂起。用户线程基本不会占用 CPU 资源。
BIO缺点：一般情况下，服务端会为每个客户端连接配套一条独立的线程，或者说一条线程维护一个连接成功的IO流的读写。在并发量小的情况下，这个没有什么问题。但是，当在高并发的场景下，需要大量的线程来维护大量的网络连接，内存、线程切换开销会非常巨大。因此，基本上，BIO模型在高并发场景下是不可用的。
2、NIO NonBlocking IO
（注意这里说的NIO和Java库的NIO是有区别的，Java的NIO库表示的是New IO的意思。这里我们说的NIO是同步非阻塞IO）
那么什么叫做同步非阻塞？如果还拿烧开水来说，NIO的做法是叫一个线程不断的轮询每个水壶的状态，看看是否有水壶的状态发生了改变，从而进行下一步的操作。
在应用中，NIO是如何做到非阻塞地监控每个IO的呢？
NIO 模型中应用程序在一旦开始IO系统调用，会出现以下两种情况：
（1）在内核缓冲区没有数据的情况下，系统调用会立即返回，返回一个调用失败的信息。
（2）在内核缓冲区有数据的情况下，是阻塞的，直到数据从内核缓冲复制到用户进程缓冲。复制完成后，系统调用返回成功，应用进程开始处理用户空间的缓存数据。
举个栗子。发起一个non-blocking socket的read读操作系统调用，流程是这个样子：
（1）在内核数据没有准备好的阶段，用户线程发起IO请求时，立即返回。用户线程需要不断地发起IO系统调用。
（2）内核数据到达后，用户线程发起系统调用，用户线程阻塞。内核开始复制数据。它就会将数据从kernel内核缓冲区，拷贝到用户缓冲区（用户内存），然后kernel返回结果。
（3）用户线程才解除block的状态，重新运行起来。经过多次的尝试，用户线程终于真正读取到数据，继续执行。
NIO优点：每次发起的 IO 系统调用，在内核的等待数据过程中可以立即返回。用户线程不会阻塞，则表示用户线程不用呆呆地等待数据到来，而是可以去干其他活了。
NIO缺点：需要不断的重复发起IO系统调用，这种不断的轮询，将会不断地询问内核，这将占用大量的 CPU 时间，系统资源利用率较低。而且任务完成(处理到来数据)的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次 read 操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。
总之，NIO模型在高并发场景下，也是不可用的。一般 Web 服务器不使用这种 IO 模型。一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性。java的实际开发中，也不会涉及这种IO模型。
再次说明，Java NIO（New IO） 不是IO模型中的NIO模型，而是另外的一种模型，叫做IO多路复用模型（ IO multiplexing ）。
3、IO多路复用
IO多路复用模型，就是通过一种新的系统调用，一个进程可以监视多个文件描述符(如socket)，一旦某个描述符就绪（一般是内核缓冲区可读/可写），内核kernel能够通知程序进行相应的IO系统调用。
目前支持IO多路复用的系统调用，有 select，epoll等等。select系统调用，是目前几乎在所有的操作系统上都有支持，具有良好跨平台特性。epoll是在linux 2.6内核中提出的，是select系统调用的linux增强版本。而Java NIO库中的 selector 底层就是IO多用复用技术。
IO多路复用和NIO的区别
NIO需要在用户程序的循环语句中不停地检查各个socket是否有数据读入，而IO多路复用在用户程序层面则不需要循环语句，虽然IO多路复用也是轮询，但是IO多路复用是交给内核进行各个socket的监控的。其次，由于NIO多次调用read这种系统调用，因此会频繁造成用户态和内核态的转换，而IO多路复用则是先调用select这个系统调用去查询是否有数据就绪的socket，然后有数据就绪，才调用read这个系统调用来读。所以从性能上来说，IO多路复用会比NIO好。
在一定程度上来说，IO多路复用算是同步阻塞的一种，因为select会阻塞到有socket数据就绪为止。所以在应用上，一般会开一条程序来专门给select查询。
如下图为IO多路复用的过程：
（1）进行select/epoll系统调用，查询可以读的连接。kernel会查询所有select的可查询socket列表，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。
当用户进程调用了select，那么整个线程会被block（阻塞掉）。
（2）用户线程获得了目标连接后，发起read系统调用，用户线程阻塞。内核开始复制数据。它就会将数据从kernel内核缓冲区，拷贝到用户缓冲区（用户内存），然后kernel返回结果。
（3）用户线程才解除block的状态，用户线程终于真正读取到数据，继续执行。
IO多路复用模型，建立在操作系统kernel内核能够提供的多路分离系统调用select/epoll基础之上的。多路复用IO需要用到两个系统调用（system call）， 一个select/epoll查询调用，一个是IO的读取调用。
和NIO模型相似，多路复用IO需要轮询。负责select/epoll查询调用的线程，需要不断的进行select/epoll轮询，查找出可以进行IO操作的连接。
另外，多路复用IO模型与前面的NIO模型，是有关系的。对于每一个可以查询的socket，一般都设置成为non-blocking模型。只是这一点，对于用户程序是透明的（不感知。因为是在内核处理的）。
优点：用select/epoll的优势在于，它可以同时处理成千上万个连接（connection）。与一条线程维护一个连接相比，I/O多路复用技术的最大优势是：系统不必创建线程，也不必维护这些线程，从而大大减小了系统的开销。
缺点：本质上，select/epoll系统调用，属于同步IO，也是阻塞IO。都需要在读写事件就绪后，自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的。
4、AIO Asynchronous
异步非阻塞I/O模型。异步非阻塞与同步非阻塞的区别在哪里？异步非阻塞无需一个线程去轮询所有IO操作的状态改变，在相应的状态改变后，系统会通知对应的线程来处理。对应到烧开水中就是，为每个水壶上面装了一个开关，水烧开之后，水壶会自动通知我水烧开了。
例子：如下图
（1）当用户线程调用了read系统调用，立刻就可以开始去做其它的事，用户线程不阻塞。
（2）内核（kernel）就开始了IO的第一个阶段：准备数据。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel内核缓冲区，拷贝到用户缓冲区（用户内存）。
（3）kernel会给用户线程发送一个信号（signal），或者回调用户线程注册的回调接口，告诉用户线程read操作完成了。
（4）用户线程读取用户缓冲区的数据，完成后续的业务操作。
参考：
[1] 计算机I/O输入输出系统 http://c.biancheng.net/view/3462.html
[2] Java并发之BIO NIO AIO IO多路复用的区别
https://blog.csdn.net/u014453898/article/details/109811000#t16
