整个 IO 过程的流程如下
正常我们IO写代码是这样的
byte[] b = new byte[4096];
while(( READ = inputStream.read(b))>=0) {
total = total + read;
// other code....
}
当执行到read()方法时，其实底层是发生了很多操作的：
①内核给磁盘控制器发命令说：我要读磁盘上的某某块磁盘块上的数据。
②在DMA的控制下，把磁盘上的数据读入到 内核缓冲区
③内核把数据从 内核 缓冲区复制到 用户 缓冲区。
这里的用 户缓冲区 就是我们写的代码中 new 的 byte[] 数组。
NIO
上述传统io中我们会有疑问是：为什么内核不直接把数据写入用户缓冲区。NIO就是这么做的，这样效率就高了，不用再用户缓存和内存缓存之间相互传输了.
io 传统模型和nio非直接内存
nio直接内存
看到这两张图是不是能够明白io和nio 的区别了？？？
当然，直接缓冲区也因为这种方式带来了一些缺点：
1、不安全
2、资源消耗比较大
3、当写入映射文件后，用户程序就不能够管理已经写入的数据了，其“分配”和“销毁”操作由操作系统决定（这里之前我以为是jvm虚拟机，，映射文件在直接内存，但是直接内存是用的本机内存（其实这里有点模糊，所以有其他见解一起交流哇））。
关于直接缓冲区与非直接缓冲区，官方API文档有如下简述：
代码示例：
/**
* @Author : WJ
* @Date : 2018/12/10/010 21:39
* <p>
* 注释: 利用通道，基于“缓冲区”的方式进行文件复制
*/
public class Test {
/************************************非直接缓冲区方式************************************/
/**
*
* 效率较直接缓冲区方式“慢”，但相对“稳定”，对于IO操作不频繁以及IO连接时间不长的可以选用此方式。
*/
@org.junit.Test
public void test1() throws IOException {
//建立流
FileInputStream inputStream = new FileInputStream("1.jpg");
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("2.jpg");
//获取通道
FileChannel inChannel = inputStream.getChannel();
FileChannel outChannel = outputStream.getChannel();
//分配指定大小的“非直接缓冲区”
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//将通道中的数据存入缓冲区中
while (inChannel.read(buf)!= -1){
//切换到读取数据的模式
buf.flip();
//将缓冲区中的数据写入缓冲区中
outChannel.write(buf);
//清空缓冲区
buf.clear();
}
//最后关闭流和缓冲区
outChannel. close ();
inChannel.close();
outputStream.close();
inputStream.close();
}
/*****************************************直接缓冲区方式************************************/
/**
*
* 通过“内存映射文件”方式复制数据
*
* 此种方式效率会很快，但是有些不稳定，有的时候，文件已经读写完成了，但是程序依旧在执行中：
* 这是因为当用户程序将数据写入内存映射文件中后，程序与数据就无关了，这个时候JVM的垃圾收集机制可能还没来得及回收用户程序
* 数据就已经读写完成了。
*
* 适用于： 长时间进行IO连接操作，大量IO操作等情况。
*
*/
public void test2()throws IOException{
/**
* 获取通道
* 这里有两个工具类：Paths 和 Standard open Option
*
* Paths 可以直接指定数据路径，也可多个字符串拼接路径
*
* StandardOpenOption.READ：允许读
* StandardOpenOption.WRITE：允许写
* StandardOpenOption.CREATE：允许创建（如果存在那么覆盖）
* StandardOpenOption.CREATE_NEW: 允许创建（如果存在则报错）
*/
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"),StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"),StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE);
//内存映射文件
MappedByteBuffer inMappedByteBuf = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY
,0,inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedByteBuf = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE
,0,inChannel.size());
//直接对缓冲区进行数据的读写操作
byte[] temp = new byte[inMappedByteBuf.limit()];
//读到内存映射文件中
inMappedByteBuf.get(temp);
//写到物理磁盘中去
outMappedByteBuf.put(temp);
}
/**
* 当然直接缓冲还有一种更为直接的使用方法
*
* 情况与上相同
*
*/
public void test3() throws IOException{
//首先获取通道的方式不变
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"),StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"),StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE);
//读写数据
inChannel.transferTo(0,inChannel.size(),outChannel);
//或者
outChannel.transferFrom(inChannel,0,inChannel.size());
/**上面两种没有什么区别：也就是从哪来，或者到哪去*/
//关闭通道
outChannel.close();
inChannel.close();
}
}
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。
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。典型的非阻塞IO模型一般如下：
while(true){
data = socket.read();
if(data!= error){
处理数据
break;
}
}
但是对于非阻塞IO就有一个非常严重的问题，在while循环中需要不断地去询问内核数据是否就绪，这样会导致CPU占用率非常高，因此一般情况下很少使用while循环这种方式来读取数据。
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。
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。
架构图
（比如聊天室这种数据量比较小的socket 比较适合，数据响应体比较大的P2P这种不适合）
首先说一下Channel，国内大多翻译成“通道”。Channel和IO中的Stream(流)是差不多一个等级的。只不过Stream是单向的，譬如：InputStream, OutputStream，而Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。 NIO中的Channel的主要实现有： 1. FileChannel 2. DatagramChannel 3. SocketChannel 4. ServerSocketChannel 这里看名字就可以猜出个所以然来：分别可以对应文件IO、UDP和TCP（Server和Client）。下面演示的案例基本上就是围绕这4个类型的Channel进行陈述的。
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。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。
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。
