阻塞IO模型
最传统的一种IO模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象。当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。典型的阻塞IO模型的例子为：data = socket.read();如果数据没有就绪，就会一直阻塞在read方法。
进程发起IO系统调用后，进程被阻塞，转到内核空间处理，整个IO处理完毕后返回进程。操作成功则进程获取到数据。
典型应用
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；
-
不适用并发量大的应用
因为一个请求IO会阻塞进程，所以，得为每请求分配一个处理进程（线程）以及时响应，系统开销大。
非阻塞IO模型
当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。
进程发起IO系统调用后，如果内核缓冲区没有数据，需要到IO设备中读取，进程返回一个错误而不会被阻塞；进程发起IO系统调用后，如果内核缓冲区有数据，内核就会把数据返回进程。
典型应用
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
不适用并发量大的应用
因为一个请求IO会阻塞进程，所以，得为每请求分配一个处理进程（线程）以及时响应，系统开销大。
多路复用IO模型
多路复用IO模型是目前使用得比较多的模型。Java NIO实际上就是多路复用IO。在多路复用IO模型中，会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少了资源占用。在Java NIO中，是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会导致用户线程的阻塞。多路复用IO模式，通过一个线程就可以管理多个socket，只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此，多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。 另外多路复用IO为何比非阻塞IO模型的效率高是因为在非阻塞IO中，不断地询问socket状态时通过用户线程去进行的，而在多路复用IO中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程要高的多。 不过要注意的是，多路复用IO模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达，并且对到达的事件逐一进行响应。因此对于多路复用IO模型来说，一旦事件响应体很大，那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理，并且会影响新的事件轮询。
信号驱动IO模型
在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。
异步IO模型
异步IO模型才是最理想的IO模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它受到一个asynchronous read之后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。 也就说在异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点是和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作；而在异步IO模型中，收到信号表示IO操作已经完成，不需要再在用户线程中调用IO函数进行实际的读写操作。
注意:异步IO是需要操作系统的底层支持，在Java 7中，提供了Asynchronous IO。
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JAVA IO包
JAVA NIO
NIO主要有三大核心部分：
Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。
传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel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(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。
因此，单个线程可以监听多个数据通道。
NIO和传统IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。
优点：非阻塞式IO模型、弹性伸缩能力强、单线陈节省资源。
缺点：可能会造成Selector空轮询，导致cpu资源飙升。
服务端创建过程
1.打开ServerSocketChannel，用于监听客户端的连接，它是所有客户端连接的父管道。
ServerSocketChannel acceptorSvr=ServerSocketChannel.open();
2.绑定监听端口，设置连接为非阻塞模式。
acceptorSvr.configureBlocking(false);acceptorSvr.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
3.创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程。
Selector selector=Selector.open();New Thread(new ReactorTask()).start();
4.将ServerSocketChannel注册到Reactor线程的多路复用器Selector，监听ACCEPT事件。
SelectionKey key=acceptorSvr.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT,ioHandler);
5.多路复用器在线程run方法的无限循环体内轮询准备就绪的key。
int num=selector.select();Set selectedKeys=selector.selectedKeys();Iterator it=selectedKeys.iterator();while (it.hasNext()){SelectionKey key=(SelectionKey)it.next();//...deal with I/O event ...}
6.多路复用器监听到新的客户端接入，处理新的接入请求，完成TCP三次握手，建立物理链路。
SocketChannel channel=svrChannel.accept();
7.设置客户端链路为非阻塞模式。
channel.configureBlocking(false);channel.socket.setReuseAddress(true);
8.将新接入的客户端连接注册到Reactor线程的多路复用器上，监听读操作，读取客户端发送的网络消息。
SelectionKey key=socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ,ioHandler);
9.异步读取客户端请求消息到缓冲区。
int readNumber = channel.read(receivedBuffer);
10.对ButeBuffer进行编解码，如果有半包消息指针reset，继续读取后续的报文，将解码成功的消息封装成task，投递到业务线程池中，进行业务逻辑编排。
Object message = null;while(buffer.hasRemain()) {byteBuffer.mark();Object message = decode(byteBuffer);if (message == null) {byteBuffer.reset();break;}messageList.add(message );}if (!byteBuffer.hasRemain()){byteBuffer.clear();}else{byteBuffer.compact();}if (messageList != null & !messageList.isEmpty()) {for(Object messageE : messageList) {handlerTask(messageE);}}
11.将POJO对象encode成ByteBuffer，调用SocKetChannel的异步write接口，将消息异步发送给客户端。
socketChannel.write(buffer);
注意：如果发送区TCP缓冲区满，会导致写半包，此时，需要注册监听写操作位，循环写，直到整个包消息写入TCP缓冲区。对于这些内容此次暂不赘述，后续Netty源码分析章节会详细分析Netty的处理策略。
客户端创建过程
1.打开SocketChannel，绑定客户端本地地址（可选，默认系统会随机分配一个可用的本地地址）。
SocketChannel clientChannel = SocketChannel.open();
2.设置SocketChannel为非阻塞模式，同时设置客户端连接的TCP参数。
clientChannel.configureBlocking(false);socket.setReuseAddress(true);socket.setReceiveBufferSize(BUFFER_SIZE);socket.setSendBufferSize(BUFFER_SIZE);
3.异步连接服务端。
boolean connected=clientChannel.connect(new InetSocketAddress(“ip”,port));
4.判断是否连接成功，如果连接成功，则直接注册读状态位到多路复用器中，如果当前没有连接成功（异步连接，返回false，说明客户端已经发送sync包，服务端没有返回ack包，物理链路还没有建立）。
if (connected) {clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_READ, ioHandler);} else {clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_CONNECT, ioHandler);}
5.向Reactor线程的多路复用器注册OP_CONNECT状态位，监听服务端的TCP ACK应答。
clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_CONNECT, ioHandler);
6.创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程。
Selector selector = Selector.open();New Thread(new ReactorTask()).start();
7.多路复用器在线程run方法的无限循环体内轮询准备就绪的Key。
int num = selector.select();Set selectedKeys = selector.selectedKeys();Iterator it = selectedKeys.iterator();while (it.hasNext()) {SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();// ... deal with I/O event ...}
8.接收connect事件进行处理。
if (key.isConnectable())//handlerConnect();
9.判断连接结果，如果连接成功，注册读事件到多路复用器。
if (channel.finishConnect()) {registerRead();}
10.注册读事件到多路复用器。
clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_READ, ioHandler);
11.异步读客户端请求消息到缓冲区。
int readNumber = channel.read(receivedBuffer);
12.对ByteBuffer进行编解码，如果有半包消息接收缓冲区Reset，继续读取后续的报文，将解码成功的消息封装成Task，投递到业务线程池中，进行业务逻辑编排。
Object message = null;
while(buffer.hasRemain())
{
byteBuffer.mark();
Object message = decode(byteBuffer);
if (message == null)
{
byteBuffer.reset();
break;
}
messageList.add(message );
}
if (!byteBuffer.hasRemain())
byteBuffer.clear();
else
byteBuffer.compact();
if (messageList != null & !messageList.isEmpty())
{
for(Object messageE : messageList)
handlerTask(messageE);
}
13.将POJO对象encode成ByteBuffer，调用SocketChannel的异步write接口，将消息异步发送给客户端。
socketChannel.write(buffer);
NIO的缓冲区
Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。NIO的缓冲导向方法不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，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。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。
NIO的非阻塞
IO的各种流是阻塞的。这意味着，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，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，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。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。
Channel
定义（通道channel）
由java.nio.channels 包定义的。Channel 表示IO源与目标打开的连接。Channel类类似于传统的“流”。只不过Channel本身不能直接访问数据，Channel只能与Buffer进行交互。
通道的实现类
java.nio.channels.channel 接口：
—FileChannel
—SocketChannel
—ServerSocketChannel
—DatagramChannel
获取通道
java 针对支持通道的类提供了getChannel()方法
本地IO:
FileInputStream/FileOutputStream
RandomAccessFile
网络IO:
Socket
ServerSocket
DatagramSocket
在JDK 1.7 中的NIO.2 针对各个通道提供了静态方法open()
在JDK 1.7 中的NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel()
通道之间的数据传输(直接缓冲区)
transferFrom(……)
从给定的字节通道中将字节传输到该通道的文件中。
transferTo(……)
将通道中的字节传输到给定的可写字节的通道。
分散(Scatter) 和聚集 (Gather)
分散读取(Scattering Reads)
是指从Channel中读取的数据分散到多个Buffer中。从Channel中读取的数据依次将Buffer填满。
聚集写入(Gathering Writes)
是指将多个 Buffer 照片给你的数据“聚集”到Channel按照缓冲区的顺序，写入position 到 limit之间的数据。
Buffer
Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel提供从文件、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。
上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时，必须先将数据存入Buffer中，然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中，然后再从Buffer中取出数据来处理。 在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：ByteBuffer、IntBuffer、 CharBuffer、 LongBuffer、 DoubleBuffer、FloatBuffer、ShortBuffer
Selector
Selector类是NIO的核心类，Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。
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