IO的基本概念
read系统调用，并不是直接从物理设备把数据读取到内存中；write系统调用，也不是直接把数据写入到物理设备。上层应用无论是调用操作系统的read，还是调用操作系统的write，都会涉及缓冲区。具体来说，调用操作系统的read，是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区；而write系统调用，是把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。
缓冲区意义
外部设备的直接读写，设计操作系统的中断，发生系统中断时，需要保存之前的进程数据和状态等信息，而结束中断之后，还需要恢复之前的进程数据和状态等信息，为了减少这种底层系统的时间损耗，性能损耗，于是在上层应用和下层硬件之间有出现了内存缓冲区。
有了内存缓冲区，上层应用使用read系统调用是，仅仅把数据从内核缓冲区去复制到上层应用的缓冲区(进程缓冲区)；上层应用使用write系统调用是，仅仅把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。
底层操作会对内核缓冲去进行监控，等待缓冲去达到一定数量的时候，在进行IO设备的终端处理，集中执行物理设备的实际IO操作，这种机制提升了系统的性能。
Linux系统中，操作系统内核只有一个内核缓冲区，而每个用户程序(进程)，有自己独立的缓冲区，叫做进程缓冲区。所以，用户程序的io读写程序，在大多数情况下，并为没有进行实际的IO操作，二十在进程缓冲区和内核缓冲区之间直接进行数据的交换。
IO模型
同步阻塞IO(Blocking IO)
阻塞与非阻塞
阻塞IO，指的是需要内核io操作彻底完成后，才返回到用户空间执行用户的操作。阻塞指的是用户空间程序的执行状态。
同步与异步
同步IO，是一种用户空间与内核空间IO发起方式。同步io是指用户空间的线程是主动发起io请求的一方，内核空间是被动接受方。异步io，是这系统内核主动发起IO请求的一方，用户空间的线程是被动接受方。
BIO调用流程
在java应用程序进程中，默认情况下，所有的socketk连接的IO操作都是同步阻塞io,在阻塞式io模型中，java应用程序从io系统调用开始，直到系统调用返回，在这段时间内，java进程是阻塞的。放回成功后，应用进程开始处理用户空间的缓存区数据。
在java中发起一个socket的reed读操作的系统调用，流程大致如下：
1.从java启动io读的read系统调用开始，用户线程就进入阻塞状态
2.当系统内核收到read系统调用，就开始准备数据。一开始，数据可能还没有到达内核缓冲区，这个时候内核就要等待。
3.内核一直等到完整的数据到达，就会讲数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区(用户空间的内存)，让后内核返回结果(例如返回复制到用户缓冲区中的字节数)。
4.直到内核返回后，用户线程才会解除阻塞的状态，重新运行起来。
特点
阻塞io在执行的两个阶段，用户线程都被阻塞了。
优点
应用的程序开发非常简单；在阻塞等待数据期间，用户线程挂起。在阻塞期间；用户线程基本上不会占用cpu资源
缺点
一般情况下，会为每个连接配备一个独立的线程；反过来说，就是一个线程维护一个连接的io操作。在并发量小的情况下，可用。不适合高并发的情况下。
同步非阻塞io(Non-blocking IO)
非阻塞Io，指定的是用户空间的程序不要等待内核IO操作彻底完成，可以立即返回用户空间执行用户的操作，即处于非阻塞状态，于此同时内核会立即放回给用户一个状态值。
阻塞是指用户空间(调用线程)一直在等待，而不能干别的事情；非阻塞是指用户空间(调用线程)拿到内核返回的状态值就返回自己的空间，IO操作就可以干就干，不可以干，就去干别的事情。
非阻塞io要求socket被设置成NOBBLOCK
在nio模型中，应用程序一旦开始io系统调用，会出现一下两种情况：
1.在内核缓冲区中没有数据的情况下，系统调用会立即放回，返回一个调用失败的信息。
2.在内核缓冲区中有数据的情况下，是阻塞的，直到数据从内核缓冲区复制到用户进程缓冲区。复制完成后，系统调用返回成功，应用程序开始处理用户空间的缓冲数据。
NIO调用流程
在java中发起一个非阻塞socket的reed读操作的系统调用，流程大致如下：
1.在内核数据没有准备好的阶段，用户线程发起IO请求时，立即返回。所以为了读取到数据，用户线程需要不断地发起IO系统调用。查询是否内核空间有要访问的数据
2.内核数据到达后，用户线程发起系统调用，用户线程阻塞。内核开始复制数据，内核会将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区(用户空间的内存)，然后内核返回结果(例如返回复制到的用户缓冲区的字节数)。
3.用户线程读到数据后，才会接触阻塞状态，重新运行起来。用户线程需要经过多次的调用io才能保证最终正确读到数据，进而继续执行。
特点
应用程序的线程需要不断地进行IO系统调用，轮询数据是否已经准备好；如果没有准备好，就继续轮询，知道io系统调用为止。
优点
每次发起IO系统调用，在内核等待数据过程中可以立即返回，用户线程不会阻塞，实用性较好
缺点
不断地轮询内核，这将占用大量的cpu时间，效率低下
特别声明：
同步非阻塞io，可以简称NIO,但是不是Java中的NIO，虽然他们的缩写一样。但Java的NIO对应的是IO多路复用器模型。
IO多路复用器(IO Muliplexing)
即经典的Reactor反应器设计模式，又是又称异步阻塞IO，java中的Selector选择器和linux中的epoll都是这种模型。
在IO多路复用器模型中，引用了一种新的系统调用，查询IO的就绪状态。在Linux系统中，对应的系统调用为select/epoll系统调用，一个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个文件描述符就绪(一般是内核缓冲区可读/可写)，内核能够将就绪的状态返回给应用程序。随后，应用程序根据就绪状态，进行相应的IO系统调用。
在IO多路复用器模型中通过select/epoll系统调用，单个应用程序的线程，可以不断轮询成百上千的socket连接，当某个或者某些socket网络连接有IO就绪的状态，就返回对应的可以执行的读写操作。、
IO多路复用器调用流程
发起一个多路复用IO的read读操作的系统调用，流程如下:
1,选择器注册，这种模式中，首先，讲需要read操作的目标socket网络连接，提前注册到select/epoll选择器中，Java的选择器类是Selector类，然后才可以开启整个IO多路复用模型的轮询流程。
2.就绪状态的轮询。通过选择器的查询方法，查询注册过的所有socket连接的就绪状态。通过查询的系统调用，内核会返回一个就绪的socket列表。当任何一个注册过的socket中的数据准备好了，内核缓冲区有数据（就绪）了，内核就讲socket加入就绪的列表中。当用户进程调用了select查询方法，那么整个线程会被阻塞掉。
3.用户线程获得到了就绪状态的列表后，根据其中的socket连接，发起read系统调用，用户线程阻塞。内核开始复制数据，将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区。
4.复制完成后，内核返回结果，用户线程才会解除阻塞的状态，用户线程读取到了数据，继续执行。
特点
IO多路复用器模型的IO涉及两种系统调用，一种是IO操作，另一种是select/epoll(查询数据的状态)。IO多路复用模型建立在操作系统的基础设施之上，即操作系统的内核必须能够提供多路复用的系统调用select/epoll.
优点
与一个线程维护一个连接的阻塞IO模式相比，使用select/epoll的最大优势是：一个选择器查询线程可以同时处理成千上万个连接.系统不必创建大量的线程，也不必维护这些线程，从而大大减少了系统的开销。
缺点
本质上，select/epoll系统调用是阻塞式的，属于同步IO。都需要在读写事件就绪后，由系统本身负责进行读写，这个过程是阻塞的。
异步IO(Asychronous IO)
异步io,指的是用户空间与内核空间的调用方式反过来。用户空间的线程变成被动接受者，而内核空间变成了主动调用这。这有点类似与java中比较典型的回调模式，用户空间的线程想内核空间注册了各种IO事件的回调函数，有内核去主动调用。
异步IO(Asychronous IO). AIO的基本流程是:用户线程通过系统调用，乡内核注册某个IO操作。内核在整个IO操作(数据准备，数据复制)完成后，通知用户程序执行后续的业务操作。
在AIO模型中，在整个内核的数据处理过程中，包括内核将数据从网络物理设备读取都内核缓冲区，将内核缓冲区的数据复制到用户缓冲区，用户程序都不要阻塞。
AIO调用流程
发起一个异步IO的read读操作的系统调用，流程如下：
1.当用户线程发起了read系统调用，立刻就可以区开始区做其他的事了，用户线程不阻塞。
2.内核就开始IO的第一个阶段:准别数据。等数据准备好了，内核就会将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区。
3.内核会给用户线程发送一个信号，或者回调用户线程注册的回调接口，告诉用户线程read操作完成了。
4.用户线程读取用户缓冲区的数据，完成后续的业务操作。
特点
在内核准备数据和复制数据的两个阶段，用户线程都不是阻塞的。用户线程需要接收内核的IO操作完成的事件，或者用户线程需要注册一个IO操作完成的回调函数。正应为如此，异步IO也被称为信号驱动IO。
缺点
应用程序仅需要进行事件的注册与接受，其余工作都留给了操作系统，需要底层内核提供支持。异步IO事真正的异步IO输入输出，吞吐量高于IO多路复用器的吞吐量。Windows系统下通过IOCP实现了真正的异步IO。而在Linux系统下，异步IO模型不完善，底层实现还是epoll，与IO多路复用相同。
参考书籍：
《Netty,Redis,Zookeeper高并发实战》