BIO NIO AIO

 IO的方式通常分为几种，同步阻塞的BIO、同步非阻塞的NIO、异步非阻塞的AIO。

阻塞和非阻塞：是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式

         阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，

        非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

同步和异步： 是针对应用程序和内核的交互而言的

        同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪，

        异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。

 一般来说I/O模型可以分为：同步阻塞，同步非阻塞，异步阻塞，异步非阻塞IO

同步阻塞IO：在此种方式下，用户进程在发起一个IO操作以后，必须等待IO操作的完成，只有当真正完成了IO操作以后，用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式！

同步非阻塞IO: 在此种方式下，用户进程发起一个IO操作以后边可返回做其它事情，但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问，从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。

异步阻塞IO：此种方式下是指应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序，这其实就是同步和异步最关键的区别，同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成，那么为什么说是阻塞的呢？因为此时是通过select系统调用来完成的，而select函数本身的实现方式是阻塞的，而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄，从而提高系统的并发性！

 异步非阻塞IO: 在此种模式下，用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，应用程序会得到IO操作完成的通知，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的IO读写操作，因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。目前Java中还没有支持此种IO模型。   

                                  事件分离器

        在IO读写时，把 IO请求 与 读写操作 分离调配进行，需要用到事件分离器。根据处理机制的不同，事件分离器又分为：同步的Reactor和异步的Proactor。

        Reactor模型：

-应用程序在事件分离器注册 读就绪事件 和 读就绪事件处理器   

-事件分离器等待读就绪事件发生    

-读就绪事件发生，激活事件分离器，分离器调用 读就绪事件处理器（即：可以进行读操作了，开始读）  

  - 读事件处理器开始进行读操作，把读到的数据提供给程序使用

        Proactor模型：

 - 应用程序在事件分离器注册 读完成事件 和 读完成事件处理器，并向操作系统发出异步读请求

- 事件分离器等待操作系统完成读取

- 在分离器等待过程中，操作系统利用并行的内核线程执行实际的读操作，并将结果数据存入用户自定义缓冲区，最后通知事件分离器读操作完成

- 事件分离器监听到 读完成事件 后，激活 读完成事件的处理器

- 读完成事件处理器 处理用户自定义缓冲区中的数据给应用程序使用

       同步和异步的区别就在于 读 操作由谁完成：同步的Reactor是指程序发出读请求后，由分离器监听到可以进行读操作时（需要获得读操作条件）通知事件处理器进行读操作，异步的Proactor是指程序发出读请求后，操作系统立刻异步地进行读操作了，读完之后在通知分离器，分离器激活处理器直接取用已读到的数据。

                                        BIO

BIO即Blocking IO , 采用阻塞的方式实现。

也就是一个Socket套接字需要使用一个线程来进行处理。发生建立链接，读数据，写数据的操作时，都会有可能发生阻塞。

BIO的工作方式

                                        NIO

NIO即New IO， 同步非阻塞。

NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题： 在使用同步I/O的网络应用中，如果要同时处理多个客户端请求，或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯，就必须使用多线程来处理。也就是说，将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。

这样做虽然可以达到我们的要求，但同时又会带来另外一个问题。由于每创建一个线程，就要为这个线程分配一定的内存空间（也叫工作存储器），而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。如果客户端的请求过多，服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求，甚至服务器可能会因此而瘫痪。

    NIO基于Reactor，当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。  也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。

NIO的工作流程

NIO还提供了两个新概念：Buffer和Channel

Buffer:

            – 是一块连续的内存块。

            – 是 NIO 数据读或写的中转地。

Channel:

            – 数据的源头或者数据的目的地

            – 用于向buffer 提供数据或者读取buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。

            – 异步 I/O 支持

Buffer作为IO流中数据的缓冲区，而Channel则作为socket的IO流与Buffer的传输通道。客户端socket与服务端socket之间的IO传输不直接把数据交给CPU使用，

而是先经过Channel通道把数据保存到Buffer，然后CPU直接从Buffer区读写数据，一次可以读写更多的内容。

使用Buffer提高IO效率的原因（这里与IO流里面的BufferedXXStream、BufferedReader、BufferedWriter提高性能的原理一样）：IO的耗时主要花在数据传输的路上，普通的IO是一个字节一个字节地传输，

而采用了Buffer的话，通过Buffer封装的方法（比如一次读一行，则以行为单位传输而不是一个字节一次进行传输）就可以实现“一大块字节”的传输。比如：IO就是送快递，普通IO是一个快递跑一趟，采用了Buffer的IO就是一车跑一趟。很明显，buffer效率更高，花在传输路上的时间大大缩短。

NIO和BIO的比较

 NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。

在NIO的处理方式中，当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题。

　　HTTP/1.1出现后，有了Http长连接，这样除了超时和指明特定关闭的http header外，这个链接是一直打开的状态的，这样在NIO处理中可以进一步的进化，在后端资源中可以实现资源池或者队列，当请求来的话，开启的线程把请求和请求数据传送给后端资源池或者队列里面就返回，并且在全局的地方保持住这个现场(哪个连接的哪个请求等)，这样前面的线程还是可以去接受其他的请求，而后端的应用的处理只需要执行队列里面的就可以了，这样请求处理和后端应用是异步的.当后端处理完，到全局地方得到现场，产生响应，这个就实现了异步处理。

                                        AIO

 在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道：

AsynchronousSocketChannel

AsynchronousServerSocketChannel

AsynchronousFileChannel

AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，会返回一个带回调函数的对象，当执行完读取/写入操作后，直接调用回调函数。

                                        总结

Java对BIO、NIO、AIO的支持：

Java BIO ： 同步并阻塞，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，当然可以通过线程池机制改善。

Java NIO ： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，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请求时才启动一个线程进行处理。

Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

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。

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。

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。

另外，I/O属于底层操作，需要操作系统支持，并发也需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。