概述
通常IO进程包括等待数据、拷贝数据与操作数据，其中与系统内核相关的是等待数据与拷贝数据，绝大部分时间也花在这里。
阻塞
阻塞分为两部分：
- CPU把数据从磁盘读到内核缓冲区。
- CPU把数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。
非阻塞
非阻塞IO发出read请求后发现数据没准备好，会继续往下执行，此时应用程序会不断轮询polling内核询问数据是否准备好，当数据没有准备好时，内核立即返回EWOULDBLOCK错误。直到数据被拷贝到应用程序缓冲区，read请求才获取到结果。并且你要注意！这里最后一次 read 调用获取数据的过程，是一个同步的过程，是需要等待的过程。这里的同步指的是内核态的数据拷贝到用户程序的缓存区这个过程。
IO多路复用
非阻塞情况下无可用数据时，应用程序每次轮询内核看数据是否准备好了也耗费CPU，能否不让它轮询，当内核缓冲区数据准备好了，以事件通知当机制告知应用进程数据准备好了呢？应用进程在没有收到数据准备好的事件通知信号时可以忙写其他的工作。此时IO多路复用就派上用场了。
实现一个线程监控多个IO请求，哪个IO有请求就把数据从内核拷贝到进程缓冲区，拷贝期间是阻塞的！
像select、poll、epoll 都是I/O多路复用的具体的实现。
select是第一版IO复用，提出后暴漏了很多问题。
- select 会修改传入的参数数组，这个对于一个需要调用很多次的函数，是非常不友好的。
- select 如果任何一个sock(I/O stream)出现了数据，select 仅仅会返回，但不会告诉是那个sock上有数据，只能自己遍历查找。
- select 只能监视1024个链接。
- select 不是线程安全的，如果你把一个sock加入到select, 然后突然另外一个线程发现这个sock不用，要收回，这个select 不支持的。
poll 修复了 select 的很多问题。
- poll 去掉了1024个链接的限制。
- poll 从设计上来说不再修改传入数组。
但是poll仍然不是线程安全的， 这就意味着不管服务器有多强悍，你也只能在一个线程里面处理一组 I/O 流。
epoll 可以说是 I/O 多路复用最新的一个实现，epoll 修复了poll 和select绝大部分问题， 比如：
- epoll 现在是线程安全的。
- epoll 现在不仅告诉你sock组里面数据，还会告诉你具体哪个sock有数据，你不用自己去找了。
- epoll 内核态管理了各种IO文件描述符， 以前用户态发送所有文件描述符到内核态，然后内核态负责筛选返回可用数组，现在epoll模式下所有文件描述符在内核态有存，查询时不用传文件描述符进去了。
异步IO
然后你会发现上面的提到过的操作都不是真正的异步，因为两个阶段总要等待会儿！而真正的异步 I/O 是内核数据准备好和数据从内核态拷贝到用户态这两个过程都不用等待。
很庆幸，Linux给我们准备了aio_read跟aio_write函数实现真实的异步，当用户发起aio_read请求后就会自动返回。内核会自动将数据从内核缓冲区拷贝到用户进程空间，应用进程啥都不用管。
同步阻塞
此时一个线程维护一个连接，该线程完成数据到读写跟处理到全部过程，数据读写时时线程是被阻塞的。
同步非阻塞
非阻塞的意思是用户线程发出读请求后，读请求不会阻塞当前用户线程，不过用户线程还是要不断的去主动判断数据是否准备OK了。此时还是会阻塞等待内核复制数据到用户进程。他与同步BIO区别是使用一个连接全程等待
BIO
同步阻塞IO
使用一个独立的线程维护一个socket连接，随着连接数量的增多，对虚拟机造成一定压力。
使用流来读取数据，流是阻塞的，当没有可读／可写数据时，线程等待，会造成资源的浪费。
NIO
同步非阻塞IO
服务器端保存一个Socket连接列表，然后对这个列表进行轮询，如果发现某个Socket端口上有数据可读时说明读就绪，则调用该socket连接的相应读操作。如果发现某个 Socket端口上有数据可写时说明写就绪，则调用该socket连接的相应写操作。如果某个端口的Socket连接已经中断，则调用相应的析构方法关闭该端口。这样能充分利用服务器资源，效率得到了很大提高，在进行IO操作请求时候再用个线程去处理，是一个请求一个线程。Java中使用Selector、Channel、Buffer来实现上述效果。
每个线程中包含一个Selector对象，它相当于一个通道管理器，可以实现在一个线程中处理多个通道的目的，减少线程的创建数量。远程连接对应一个channel，数据的读写通过buffer均在同一个channel中完成，并且数据的读写是非阻塞的。通道创建后需要注册在selector中，同时需要为该通道注册感兴趣事件（客户端连接服务端事件、服务端接收客户端连接事件、读事件、写事件），selector线程需要采用轮训的方式调用selector的select函数，直到所有注册通道中有兴趣的事件发生，则返回，否则一直阻塞。而后循环处理所有就绪的感兴趣事件。以上步骤解决BIO的两个瓶颈：
- 不必对每个连接分别创建线程。
- 数据读写非阻塞。
AIO
AIO是异步非阻塞IO，相比NIO更进一步，进程读取数据时只负责发送跟接收指令，数据的准备工作完全由操作系统来处理。
- 同步
线程需要等待IO的操作。
- 异步
线程不需要等待IO的操作。
阻塞和非阻塞的区别
- 阻塞
拷贝数据线程要阻塞在那里。
- 非阻塞
拷贝数据的过程线程可以去做其他事。
面向流和面向缓冲区
Java NIO和BIO之间的第一个重要区别是BIO是面向流的，其中NIO是面向缓冲区的。
面向流的Java BIO意味着您可以从流中一次读取一个或多个字节。你对读取的字节做什么取决于你。它们不会缓存在任何地方。此外，您无法在流中的数据中前后移动。如果需要在从流中读取的数据中前后移动，则需要先将其缓存在缓冲区中。
Java NIO的面向缓冲区的方法略有不同。数据被读入缓冲区，稍后处理该缓冲区。你可以根据需要在缓冲区中前后移动。这使你在处理过程中具有更大的灵活性。但是，你还需要检查缓冲区是否包含完整处理所需的所有数据。并且，你需要确保在将更多数据读入缓冲区时，不要覆盖尚未处理的缓冲区中的数据。
NIO 三大核心
- 每个 Channel 对应一个 Buffer。
- Selector 对应一个线程，一个线程对应多个 Channel。
- 该图反应了有三个 Channel 注册到该 Selector。
- 程序切换到那个 Channel 是由事件决定的（Event）。
- Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换。
- Buffer 就是一个内存块，底层是有一个数组。
- 数据的读取和写入是通过 Buffer，但是需要flip()切换读写模式。而 BIO 是单向的，要么输入流要么输出流。
Selectors
Java NIO的选择器允许单个线程监视多个输入通道。你可以使用选择器注册多个通道，然后使用单个线程“选择”具有可用于处理的输入的通道，或者选择准备写入的通道。这种选择器机制使单个线程可以轻松管理多个通道。
IO多路复用：IO多路复用模型是建立在内核提供的多路分离函数select基础上的，查询每个socket是否有到达事件，如果有就通知，使用select可以避免非阻塞模型中轮询情况
AIO
异步非阻塞I/O模型,线程既没有参与等待过程也没有参与拷贝过程。