一、NIO
在介紹NIO編程之前，我們首先需要澄清一個概念：NIO到底是什麼的簡稱？有人稱之爲New I/O，因爲它相對於之前的I/O類庫是新增的，所以被稱爲New I/O，這是它的官方叫法。但是，由於之前老的I/O類庫是阻塞I/O，New I/O類庫的目標就是要讓Java支持非阻塞I/O，所以，更多的人喜歡稱之爲非阻塞I/O（Non-block I/O），由於非阻塞I/O更能夠體現NIO的特點，所以我們這裏使用NIO表示非阻塞I/O。
與Socket類和ServerSocket類相對應，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不同的套接字通道實現。這兩種新增的通道都支持阻塞和非阻塞兩種模式。阻塞模式使用非常簡單，但是性能和可靠性都不好，非阻塞模式則正好相反。開發人員一般可以根據自己的需要來選擇合適的模式，一般來說，低負載，低併發的應用程序可以選擇同步阻塞I/O以降低編程複雜度，但是對於高負載，高併發的網絡應用，需要使用NIO的非阻塞模式進行開發。
NIO類庫簡介
1、緩衝區Buffer
我們首先介紹緩衝區（Buffer）的概念，Buffer是一個對象，它包含一些要寫入或者要讀出的數據。在NIO類庫中加入Buffer對象，體現了新庫與原I/O的一個重要區別。在面向流的I/O中，可以將數據直接寫入或者將數據直接讀到Stream對象中。
在NIO庫中，所有數據都是用緩衝區處理的。在讀取數據時，它是直接讀到緩衝區中的；在寫入數據時，寫入到緩衝區中。任何時候訪問NIO中的數據，都是通過緩衝區進行操作。
緩衝區實質上是一個數組。通常它是一個字節數組（ByteBuffer），也可以使用其他種類的數組。但是一個緩衝區不僅僅是一個數組，緩衝區提供了對數據的結構化訪問以及維護讀寫位置（limit）等信息。
最常用的緩衝區是ByteBuffer，一個ByteBuffer提供了一組功能用於操作byte數組。除了ByteBuffer，還有其他的一些緩衝區，事實上，每一種Java基本類型（除了Boolean類型）都對應有一種緩衝區，具體如下：
- ByteBuffer：字節緩衝區
- CharBuffer：字符緩衝區
- ShortBuffer：短整型緩衝區
- IntBuffer：整型緩衝區
- LongBuffer：長整型緩衝區
- FloatBuffer：浮點型緩衝區
- DoubleBuffer：雙精度浮點型緩衝區
緩衝區的繼承關係如下圖所示：
每一個Buffer類都是Buffer接口的一個子實例。除了ByteBuffer，每一個Buffer類都有完全一樣的操作，只是它們所處理的數據類型不一樣。因爲大多數標準I/O操作都使用ByteBuffer，所以它除了具有一般緩衝區的操作之外還提供一些特有的操作，方便網絡讀寫。
2、通道Channel
Channel是一個通道，可以通過它讀取和寫入數據，它就像輸水管道一樣，網絡數據通過Channel讀取和寫入。通道與流的不同之處在於通道是雙向的，流只是在一個方向上移動（一個流必須是InputStream 或者 OutputStream的子類），而且通道可以用於讀，寫或者同時用於讀寫。
因爲Channel是全雙工的，所以它可以比流更好地映射底層操作系統的API。特別是在UNIX網絡編程模型中，底層操作系統的通道都是全雙工的，同時支持讀寫操作。
Channel的集成關係如下圖所示：
自頂向下看， 前三層主要是Channel接口，用於定義它的功能，後面是一些具體的功能類（抽象類）。從類圖可以看出，實際上Channel可以分爲兩大類：分別是用於網絡讀寫的SelectableChannel和用於文件操作的FileChannel。
3、多路複用器Selector
多路複用器Selector，它是Java NIO編程的基礎，熟練地掌握Selector對於掌握NIO編程至關重要。多路複用器提供選擇已經就緒的任務的能力。簡單來講， Selector會不斷地輪詢註冊在其上的Channel，如果某個Channel上面有新的TCP連接接入，讀和寫事件，這個Channel就處於就緒狀態，會被Selector輪詢出來，然後通過SelectionKey可以獲取就緒Channel的集合，進行後續的I/O操作 。
一個多路複用器Selector可以同時輪詢多個Channel，由於JDK使用了epoll()代替傳統的select實現，所以它並沒有最大連接句柄1024/2048的限制。這也就意味着只需要一個線程負責Selector的輪詢，就可以接入成千上萬的客戶端，這確實是個非常巨大的進步。
4、NIO服務端序列圖
儘管NIO編程難度確實比同步阻塞BIO大很多，但是我們要考慮到它的優點：
- 客戶端發起的連接操作是異步的，可以通過在多路複用器註冊OP_CONNECT等後續結果，不需要像之前的客戶端那樣被同步阻塞。
- SocketChannel的讀寫操作都是異步的，如果沒有可讀寫的數據它不會同步等待，直接返回，這樣IO通信線程就可以處理其它的鏈路，不需要同步等待這個鏈路可用。
- 線程模型的優化：由於JDK的Selector在Linux等主流操作系統上通過epoll實現，它沒有連接句柄數的限制(只受限於操作系統的最大句柄數或者對單個進程的句柄限制)，這意味着一個Selector線程可以同時處理成千上萬個客戶端連接，而且性能不會隨着客戶端的增加而線性下降，因此，它非常適合做高性能、高負載的網絡服務器。
二、AIO
JDK1.7升級了NIO類庫，升級後的NIO類庫被稱爲NIO2.0。也就是我們要介紹的AIO。NIO2.0引入了新的異步通道的概念，並提供了異步文件通道和異步套接字通道的實現。異步通道提供兩種方式獲取操作結果。
- 通過Java.util.concurrent.Future類來表示異步操作的結果；
- 在執行異步操作的時候傳入一個Java.nio.channels.
CompletionHandler接口的實現類作爲操作完成的回調。
NIO2.0的異步套接字通道是真正的異步非阻塞IO，它對應UNIX網絡編程中的事件驅動IO(AIO)，它不需要通過多路複用器(Selector)對註冊的通道進行輪詢操作即可實現異步讀寫，從而簡化了NIO的編程模型。
我們可以得出結論：異步Socket Channel是被動執行對象，我們不需要像NIO編程那樣創建一個獨立的IO線程來處理讀寫操作。對於AsynchronousServerSocketChannel和AsynchronousSocketChannel，它們都由JDK底層的線程池負責回調並驅動讀寫操作。正因爲如此，基於NIO2.0新的異步非阻塞Channel進行編程比NIO編程更爲簡單。
本文整理自《Netty權威指南》
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作者：jiankunking 出處：http://blog.csdn.net/jiankunking