Java网络IO BIO NIO AIO
NIO和IO的区别
1. 基本 概念
IO 是主存和外部设备 ( 硬盘、终端和网络等 ) 拷贝数据的过程。 IO 是操作系统的底层功能实现，底层通过 I/O 指令进行完成。
所有语言运行时系统提供执行 I/O 较高级别的工具。 (c 的 printf scanf,java 的面向对象封装 )
2. Java 标准 io 回顾
Java 标准 IO 类库是 io 面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。 InputStream\OutputStream( 字节流 ) ：一次传送一个字节。 Reader\Writer( 字符流 ) ：一次一个字符。
3. nio 简介
nio 是 java New IO 的简称，在 jdk1.4 里提供的新 api 。 Sun 官方标榜的特性如下：
– 为所有的原始类型提供 (Buffer) 缓存支持。
– 字符集编码解码解决方案。
– Channel ：一个新的原始 I/O 抽象。
– 支持锁和内存映射文件的文件访问接口。
– 提供多路 (non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络 I/O 。
本文将围绕这几个特性进行学习和介绍。
4. Buffer&Chanel
Channel 和 buffer 是 NIO 是两个最基本的数据类型抽象。
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
IO NIO 面向流 面向缓冲 阻塞IO 非阻塞IO 无 选择器
2 网络协议：系统间的信息传递依赖于网络。这块侧重于OSI模型参考的7层或者5层协议。
3 通信方式（框架）：这才是我们常见的网络I/O模型。
那去银行排队举例子（或者去餐馆吃饭）
阻塞I/O和非阻塞I/O :程序级别，主要描述程序请求操作系统I/o操作后，等待消息通知时，程序如何处理。
阻塞I/O等待，非阻塞I/O继续执行（使用线程一直轮询，直到网络I/O准备好了）
举例：1阻塞：排队过程啥也不干。
2.非阻塞：一边排队，一边玩手机。有线程切换的过程。
同步I/O 和异步I/O: 操作系统级别（与消息的通知机制有关），主要描述的是操作系统在收到程序请求操作网路I/O之后，如何响应： 同步I/O 不响应，直到网络I/O资源准备好。异步I/O返回一个标记，当网络I/O资源准备好之后，再用事件机制返回给程序。
举例：1同步：排队等通知。
2.异步：择取一个小纸条上面有我的号码，柜台叫号。
二 阻塞模式
2.1 同步阻塞
网络编程的基本模型是C/S模型，需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动Socket来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一堆线程等待请求，而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程相应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求，如果有的话，客户端会线程会等待请求结束后才继续执行。
该模型最大的问题就是缺乏弹性伸缩能力，当客户端并发访问量增加后，服务端的线程个数和客户端并发访问数呈1:1的正比关系，多线程不能从本质上解决：操作系统通知accept是单个线程运行的，线程是系统宝贵资源（创建及切换）。相关代码就是socket编程。
举例：餐厅一个服务员，一份菜单，一个人点完了下一个点。效率最低。
2.2 改进 使用线程池
实现1个或多个线程处理N个客户端的模型（但是底层还是使用的同步阻塞I/O），通常被称为“伪异步I/O模型“，不是我们俗称的NIO。
2.3 同步非租塞
比如设置了超时时间，再去轮询。
举例：N个服务员，N份菜单，每来一个顾客就有服务员提供菜单点菜，资源消耗大。
三 NIO
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。底层依赖操作系统的select,poll,epool,kqueue技术。
Java对于NIO支持的模型如下，涉及的概念buffer，channel，selector。
3.1 缓冲区 Buffer
Buffer是一个对象，包含一些要写入或者读出的数据。 在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的；在写入数据时，也是写入到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。
缓冲区实际上是一个数组，并提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息。具体的缓存区有这些：ByteBuffe、CharBuffer、 ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。他们实现了相同的接口：Buffer。
3.2、通道 Channel
我们对数据的读取和写入要通过Channel，它就像水管一样，是一个通道。通道不同于流的地方就是通道是双向的，可以用于读、写和同时读写操作。 底层的操作系统的通道一般都是全双工的，所以全双工的Channel比流能更好的映射底层操作系统的API。Channel主要分两大类： SelectableChannel：用户网络读写 FileChannel：用于文件操作
3.3、多路复用器 Selector
Selector是Java NIO 编程的基础。Selector提供选择已经就绪的任务的能力：Selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发生读或者写事件，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。
这里需要补充一下：NIO技术是依赖于操作系统内核实现的，JVM为跨平台实现创建了一个统一的抽象组，并且为不同操作系统进行具体实现，具体是java.nio.channels.spi包下面的SelectorProvider抽象类。这里主要方法有：
openDatagramChannel 创建和操作系统匹配的UDP通道实现。
openSelector 创建和操作系统匹配的选择器。
openServerSocketChannel 创建和操作系统匹配的服务器端通道。
openSocketChannel 创建和NIO 模型匹配的TCP socket套接字通道，用来反映客户端的TCP连接。
除此之外，nio还有java.nio.charset,这个跟字符的编解码有关。java.nio.file 有多种操作文件系统中文件方法，跟path结合使用。
这块的东西还是很多的，需要深入学习。
NIO优点：绕过了I/O在操作系统accept的阻塞问题，可以使操作系统在一个端口能同时受理多个客户端的I/O操作（端口数据接受规则只和选择器注册的关心事件有关）。
但是属于同步I/O模型，同步就是说：上层应用系统询问底层某个事件发生，底层不会主动告诉上层。
举例： 一个服务员，N份菜单，顾客拿菜单选好菜叫服务员，服务员可以记录多分点菜交给厨师。
四 异步I/O AIO
异步I/O采用订阅-通知模式，即程序向操作系统注册I/O监听，然后继续做自己的事。操作系统在I/O准备好后，主动推送程序，触发响应函数。异步的套接字通道时真正的异步非阻塞I/O，对应于UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO）。他不需要过多的Selector对注册的通道进行轮询即可实现异步读写。
Java从jdk7开始，提供AIO支持。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。
同步和异步（操作系统级别）仅仅是关注的消息如何通知的机制，而阻塞与非阻塞（程序级别）关注的是程序请求操作系统I/o操作后，等待消息通知时，程序如何处理的状态。这里实际应用更多的是NIO框架，就是netty了。
参考：https://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51512200