本章先将Java中IO类型和底层的实现方式。
一、Java IO
Java IO即Java 输入输出系统。在Java IO中，流从概念上来说是一个连续的数据流，既可以从流中读取数据，也可以往流中写数据。IO相关的媒介包括：
- 文件
- 管道
- 网络连接
- 内存缓存
- System.in, System.out
IO的设计，主要是解决IO相关的操作。从数据传输的方式上，分为字节流和字符流。字节流一次性读取传输一个字节，而字符流则是以字符为单位进行读取传输。
- 文件类型：FileInputStream，FileOutputStream、FileReader、FileWriter
- 数组类型：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream，CharArrayReader, CharArrayWriter
- 管道操作：PipedInputStream, PipedOutputStream, Pipedreader, PipedWriter
- 基本数据类型：DataInputStream、DataOutputStream
- 缓冲操作：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
- 打印：PrintStream、PrintWriter
- 对象序列化反序列化：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
- 转换：InputStreamReader、OutputStreWriter
二、什么是NIO
NIO即new IO，是在JDK1.4引入的，NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。
NIO的核心对象包括：
- Buffer：在NIO中，所有的数据都是用Buffer处理的，它是NIO读写数据的中转池。Buffer实质上是一个数组，通常是一个字节数据，但也可以是其他类型的数组。
- Channel：是一个对象，可以通过channel读取和写入数据，是IO中流的抽象。但是channel是双向的，也可以是异步读写，并且channel读写必须通过buffer。
- Selector：是一个对象，可以同时监听多个channel上发生的事件，并且能够根据事件情况决定Channel读写。
// 打开Selector
Selector selector = Selector.open();
// 将channel注册到selector
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
Selector感兴趣的事件有SelectionKey.OP_CONNECT， SelectionKey.OP_ACCEPT， SelectionKey.OP_READ， SelectionKey.OP_WRITE。
SelectionKey表示通道channel在Selector上的注册，事件的传递是通过SelectionKey，也可以通过selectionKey获取注册的channel和对应绑定的selector。
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
一旦向selector注册一个或者多个通道后，就可以调用重载的select()方法，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道
- int select()：阻塞到至少有一个通道的事件就绪
- int select(long timeout)：与select一样，多个一个超时时间
- int selectNow()：不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回，如果没有通道可选择，就返回0.
一旦调用了select()方法，它就会返回一个数值，表示一个或多个通道已经就绪，然后你就可以通过调用selector.selectedKeys()方法返回的SelectionKey集合来获得就绪的Channel。某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道就绪，也有办法让其从select()方法返回。
- 让其它线程在调用select方法的对象上调用
Selector.wakeup()方法即可，阻塞在select()方法上的线程会立马返回。 - 如果其它线程调用了wakeup()，但是当前没有线程阻塞在select上，下一个调用select阻塞的线程会被立即唤醒。
三、BIO， NIO， AIO的区别于联系
阻塞和非阻塞
- 阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法进行其他任务，只有当满足一定条件时，才继续执行；
- 非阻塞：非阻塞状态，不会去等待IO操作结束，会立即返回。 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）。
BIO：同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
NIO：同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
AIO：异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理.AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。
四、Java NIO和Netty
直接使用Java NIO的缺点：
- NIO的类库和API繁杂，需要熟练掌握Selector,ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等才能很好使用。
- 可靠性较弱，需要自行维护，工作量大，例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常码流的处理等问题；
- JDK NIO的BUG，例如epoll bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU 100%。
Netty是对Java NIO的封装框架，简化了NIO的使用难度，Netty特性总结如下：
- API使用简单，开发门槛低
- 功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议
- 定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活地扩展
- 性能高，通过与其他业界主流的NIO框架对比，Netty的综合性能最优
- 成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO BUG，业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦恼
- 社区活跃，版本迭代周期短，发现的BUG可以被及时修复，同时更多的新功能会加入
- 经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。
五、select、poll、epoll之间的区别
select具有O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。
poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。
epoll可以理解为event poll，是事件驱动（每个事件关联上fd）的。
select：
select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是：
1、 单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限。
一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048.
2、 对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低：
当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。
3、需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
poll：
poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。
它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：
1、大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
2、poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。
epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式，LT是默认的模式，ET是“高速”模式。epoll的优点：
1、没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；
2、效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；
3、用MMP加速内核与用户空间的消息传递。
即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。
EPOLLLT模式下，系统中一旦有大量不需要读写的就绪文件描述符，它们每次调用epoll_wait都会返回，这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率.。
采用EPOLLET这种边沿触发模式的话，当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你！！！这种模式比水平触发效率高，系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符
