同步，异步，阻塞，非阻塞

IO为同步阻塞形式，NIO为同步非阻塞形式、NIO并没有实现异步，在JDK1.7之后，升级了NIO库包，支持异步阻塞通信模型即NIO2.0（AIO）

阻塞概念：应用程序在获取网络数据的时候，如果网络传输数据很慢，那么程序就一直等着，知道传输完毕为止。

非阻塞概念：应用程序直接可以获取到已经转备好的数据，无需等待。

同步 /异步描述的是执行IO操作的主体是谁，同步是由用户进程自己去执行最终的IO操作。异步是用户进程自己不关系实际IO操作的过程，只需要由内核在IO完成后通知它既可，由内核进程来执行最终的IO操作。

非阻塞同步IO由于读写方法非阻塞，并且需要用户自己来进行读写，所以每次调用读写方法实际读写的字节数是不确定的，所以需要一个Buffer来保存每次读写的字节状态。更重要的是用户不知道什么时候完成了读写，一般需要用while循环判断Buffer的状态来跟踪读写。

非阻塞异步IO由于是内核线程进行读写，并且在IO完成后会回调用户提供的callback，编程模型就比较简单，用户只需要调用读写，提供回调就可以了，比如 read(filename, callback)

select / poll / epoll 从本质上说都是非阻塞同步IO，select会收到IO就绪的状态，然后通知用户去处理IO，实际的IO操作还需要用户等待内核复制操作。

要理解IO就绪和完成的区别。就绪指的是还需要用户自己去处理，完成指的是内核帮助完成了，用户不用关心IO过程，只需要提供回调函数。

理解了非阻塞同步IO和非阻塞异步IO的区别之后，就不难理解Java NIO的设计了。NIO是围绕ByteBuffer来进行读写的，ByteBuffer是一个缓冲区，用来记录读写的状态，通过多次检查ByteBuffer的状态来确定IO是否完成。

Java 1.7的NIO2.0 引入了非阻塞异步IO的概念，编程模型大大简化了。用户只需要关注回调函数即可。

阻塞IO:

　　通常在进行同步I/O操作时，如果读取数据，代码会阻塞直至有 可供读取的数据。同样，写入调用将会阻塞直至数据能够写入。传统的Server/Client模式会基于TPR（Thread per Request）,服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责处理一个客户请求。这种模式带来的一个问题就是线程数量的剧增，大量的线程会增大服务器的开销。大多数的实现为了避免这个问题，都采用了线程池模型，并设置线程池线程的最大数量，这由带来了新的问题，如果线程池中有200个线程，而有200个用户都在进行大文件下载，会导致第201个用户的请求无法及时处理，即便第201个用户只想请求一个几KB大小的页面。

传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说，当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取或写入， 该线程在此期间不 能执行其他任务。因此，在完成网络通信进行 IO 操作时，由于线程会 阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都 提供一个独立的线程进行处理， 当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。

现实中餐厅排队的例子来理解。午饭时间到了，小明准备从三家备选餐厅A、B、C中选择一家就餐，糟糕的是三家餐厅的位置都满了，小明只能选择一家餐厅开始排队等待，还有一个办法就是小明让自己的朋友小华和小丽去另外两家排队，这样才能尽快就餐，这就好比传统的的IO，没有输入时线程就一直阻塞，且每个输入通道都需要一个线程来读取。而现在流行的就餐方式是小明在A、B、C各取一个号且关注餐厅排队就餐的微信公众号，这时小明就可以去干别的事情，直到微信提醒某家餐厅有位置了，好处显而易见，既解放了生产力，又节约了时间，资源利用更高效，这就是NIO处理输入输出的方式。

非阻塞IO(NIO):

       Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数 据可用时，该线程可以进行其他任务。 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时 间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入 和输出通道。 因此，NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同 时处理连接到服务器端的所有客户端。

　　NIO中非阻塞I/O采用了基于Reactor模式的工作方式，I/O调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特定I/O事件，如可读数据到达，新的套接字连接等等，在发生特定事件时，系统再通知我们。NIO中实现非阻塞I/O的核心对象就是Selector，Selector就是注册各种I/O事件地 方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件，如下图所示：

从图中可以看出，当有读或写等任何注册的事件发生时，可以从Selector中获得相应的SelectionKey，同时从 SelectionKey中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。

非阻塞指的是IO事件本身不阻塞,但是获取IO事件的select()方法是需要阻塞等待的.区别是阻塞的IO会阻塞在IO操作上, NIO阻塞在事件获取上,没有事件就没有IO, 从高层次看IO就不阻塞了.也就是说只有IO已经发生那么我们才评估IO是否阻塞,但是select()阻塞的时候IO还没有发生,何谈IO的阻塞呢?NIO的本质是延迟IO操作到真正发生IO的时候,而不是以前的只要IO流打开了就一直等待IO操作

NIO原理及通信模型

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，这种通信模型是怎么实现的呢？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：

 服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的selector上注册了读事件，某时刻客户端给服务端发送了一些数据，阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据，而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector，如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图：

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

• Channels
• Buffers
• Selectors

虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但在我看来，Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此，在概述中我将集中在这三个组件上。其它组件会在单独的章节中讲到。

Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示：

Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

正如你所看到的，这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO。

与这些类一起的有一些有趣的接口，但为简单起见，我尽量在概述中不提到它们。本教程其它章节与它们相关的地方我会进行解释。

以下是Java NIO里关键的Buffer实现：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO 还有个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件， 我也不打算在概述中说明。

Selector

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。