IO

什么是BIO

BIO就是传统的java.io包，是基于流模型实现的，交互的方式是同步，阻塞方式，也就是读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，他们之间的调用是可靠的线性顺序，优点：代码比较简单，直观；缺点：IO的效率和扩展性很低，容易成为应用型瓶颈。

什么是NIO

是java1.4引入的java.nio包，提供了Channel,Selector,Buffer等新的抽象，可以构建多路复用的，同步非阻塞IO程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。

什么是AIO

AIO是java1.7之后引入的包，是NIO的升级版本，提供了异步非阻塞的IO操作方式，所以人们叫它AIO（Asychronous IO），异步IO是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

同步与异步

同步
就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只用等待被依赖的任务完成后，以来的任务才能算完成，是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。
异步
不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以他是不可能的任务序列。
可以用打电话和发短信来比喻

阻塞与非阻塞

阻塞与非阻塞主要是从CPU的消耗来说
阻塞就是CPU停下来等待一个慢的操作完成，CPU才接着完成其他的事。
非阻塞就是在这个慢的操作在执行时CPU去干其他别的事，等这个慢的操作完成时，CPU再接着完成后续的操作。
虽然表面上上非阻塞的方式可以明显的提高CPU的利用率，但是也带来的另一种后果就是系统的线程切换增加。增加的了CPU使用时间能不能补偿的切换成本需要好好评估。

同步、异步、阻塞、非阻塞

通道是什么意思

通道是对原IO包中的流的模拟。到任何目的地的所有数据都必须通过一个Charnnel对象（通道）。一个Buffer实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象都必须放到缓冲区中，同样，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区。Channel是一个对象，通过它可以读取和写入数据。拿NIO与原来的IO做个比较，通道就是一个流。
正如前面提到的，所有数据都通过Buffer对象来处理，永远不会直接写入通道中，相反，而是将数据写入包含一个或多个字节的缓冲区。同样，也不会从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。

缓冲区是什么意思

Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者刚读出的数据。在NIO中加入Buffer对象，体现了新库与原IO的一个重要区别。在面向流的IO中，将数据直接写入或者将数据直接读到Stream对象中。
在NIO库中，所有的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，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问NIO中的数据，都是将它放到缓冲区中。
缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读写进程。

IO多路复用的底层原理

IO多路使用两个系统调用（select/poll/epoll和recvfrom）,blocking IO 只调用了recvfrom;select/poll/epoll核心是可以同时处理多个connection，而不是更快，所以连接不高的话，性能不一定比多线程+阻塞IO好，多路复用模型中，每一个socket，设置为non-blocking，阻塞是被select这个函数block,而不是被socket阻塞的。
select机制
客户端操作服务器时就会产生这三种文件描述符（简称fd）:writerfds(写)，readfds(读)，exceptfds(异常)。select会阻塞住监听3类文件描述符，等有数据，可读，可写，出异常或超时，就会返回；返回后通过遍历fdest整个数组来找到就绪的描述符fd，然后进行对应的IO操作。
优点：几乎在所有的平台上支持，跨平台支持性好
缺点：由于采用轮训全盘扫描，会随着文件描述FD数量增多而性能下降。
每次调用select()，需要把fd集合从用户态拷贝到内存态，并进行遍历（消息传递都是从内核到用户空间）
默认单个进程打开的FD有限制1024个，可修改宏定义，但是效率仍然慢。
poll机制
epoll之所以高性能得益于它的三个函数
epoll_create()系统启动时，在Linux内核里面申请一个B+树结构文件系统，返回epoll对象，也是一个fd
epoll_ctl()每新建一个连接。都通过该函数操作epoll对象，在这个对象里面修改添加删除对应的链接fd，绑定一个callback函数。
epoll_wait()轮训所有的callback集合，并完成相应的IO操作。
优点：没fd这个限制，所支持的fd上限是操作系统的最大文件句柄数，1G内存大概支持10万个句柄。
效率提高，使用回调通知而不是轮询的方式，不会随着fd数目的增加效率下降。
内存和用户空mmap同一块内存实现。