前言
本文其实就是一个大杂烩，它综合了尚硅谷的IO/NIO、马士兵教育、以及各路网络学习资料(均标注了出处，且非盈利)、一些计算机网络的前置知识、以及一些自己的理解。这个简单的笔记最终目的是旨在理解什么是IO和NIO，奥利给！
基础差的人学习这个需要不少的前置知识，否则看都看不懂。本文的特色之一就是尽可能地介绍了这些前置知识，方便了 非科班/转行人士/大学学渣 理解。
本文于Gitee上建立有配套的代码仓库，方便理解：https://gitee.com/da-ji/java-se-demos
一、前置知识
理论基础是下面三篇文章 （全部来源于公众号：码农的荒岛求生） 从底层到上层，讲解清楚IO/NIO ：
这是一个系列，从头开始看文章：
前置知识1：进程和线程
1、看完这篇还不懂高并发中的线程与线程池你来打我(内含20张图
对上文链接的读后感：CPU执行只管从寄存器（程序计数器）中拿指令在内存中的地址。从我们写的高级语言程序到CPU的执行过程如下图：
main函数是一个线程，也是一个进程。是主程序的入口，在程序启动期间就被创建完毕。 当然你也可以创建多个线程。在main线程（也是主进程）启动后，会在程序运行期间创建。因此当线程开始运行的时候这块地址空间就已经存在了，线程可以直接使用。这就是为什么各种教材上提的创建线程要比创建进程快的原因(当然还有其它原因)。
如下图所示，虽然每个线程都共享主进程的地址空间，但是每个线程都有自己各自的栈(可以理解为JVM的栈帧,栈帧里面有函数在被执行的时产生的数据包括函数参数、局部变量、返回地址等信息)
因此，每个线程创建时，都是借助操作系统完成，操作系统会给线程分配栈等等空间，所以线程的创建和销毁是存在一定的开销的。为了解决这种开销，我们引入了线程池的概念：
前置知识2：IO时底层发生了什么
文章读后感：
首先明确，不止是磁盘和内存间的交互（读写文件）叫做IO，计算机网络收发报文也叫做IO。IO的本质是将一侧的数据copy到另一侧（文件将数据copy到内存、A计算机通过网络将数据包copy到B计算机）
任何IO的速度都是奇慢无比的（比起CPU），如何解决这问题？有几种方案，一种是另外开线程，另一种是NIO，另一种是buffer（缓冲区）。
buffer（缓冲区）概念：
所有IO的本质就是对Buffer的处理，我们把数据放入Buffer供系统写入外部数据，或者从系统Buffer中读取从外部系统中读取的数据。
零拷贝的概念：
二、IO流
https://zhuanlan.zhihu.com/p/25418336
装饰器模式：
IO流的一大堆API其实是装饰器模式的体现：
装饰器模式在 Java 语言中的最著名的应用莫过于 Java I/O 标准库的设计了。例如，InputStream 的子类 FilterInputStream，OutputStream 的子类 FilterOutputStream，Reader 的子类 BufferedReader 以及 FilterReader，还有 Writer 的子类 BufferedWriter、FilterWriter 以及 PrintWriter 等，它们都是抽象装饰类。
下面代码是为 FileReader 增加缓冲区而采用的装饰类 BufferedReader 的例子：
BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"));
String s = in.readLine();
那什么是装饰器模式？
https://mp.weixin.qq.com/s/hLLWmC61FwvtV4VZC57X5g
三、IO(阻塞IO)存在的问题，以及为何引入NIO(非阻塞IO)
四、什么是Buffer(概念)？
buffer（缓冲区）概念：
所有IO的本质就是对Buffer的处理，我们把数据放入Buffer供系统写入外部数据，或者从系统Buffer中读取从外部系统中读取的数据。
后文还会更详细地介绍java.nio.Buffer类，这里介绍的是统一的Buffer概念。
IO的buffer可以使用BufferedReader，也可以使用Byte数组：byte[] buffer = new byte[1024]。NIO的buffer见本文第八章。
五、NIO的通道(Channel)和IO的流
IO面向流(Stream)，NIO中的Channel面向缓冲区(buffer)
两者可以说作用是一样的，只是实现上有区别。
通过 channel 我们可以操作数据源，但又不必关心数据源的具体物理结构。这个数据源可能是多种的。比如，可以是文件，也可以是网络 socket。 在大多数应用中，channel 与文件描述符或者 socket 是一一对应的。Channel 用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体（通常是一个文件或套接字）之间有效地传输数据。
注意，这里说的是字节，而不是字符。也就是说这个channel可以传任何文件。
补充知识：字节和字符
字节和字符区别，可以去查：字节流可以处理一切文件(网络传输)，而字符流只能处理纯文本文件。
补充：
字节(Byte)是计量单位，表示数据量多少，是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，通常情况下一字节等于八位。
字符(Character)计算机中使用的字母、数字、字和符号，比如’A’、‘B’、’$’、’&'等。
UTF-8 编码中，一个英文字为一个字节，一个中文为三个字节。
Unicode 编码中，一个英文为一个字节，一个中文为两个字节。
Java中最基本的两个字节流类是InputStream和OutputStream,而字符流是Writer、Reader这两个类
Channel是全双工的，它既能读，又能写。 以FileChannel为例，有以下两个应用场景：
A、通过FileChannel读取文件中数据到Buffer中
B、通过Buffer向FileChannel写入数据,然后FileChannel将该数据回写给文件
Stream有很多种，涵盖了从文件到网络(上文说过，它们是装饰器模式的体现)：
Channel也有很多种，涵盖了从文件到网络：
最后，不管是Channel 还是 Stream，本质都是逐层调用了操作系统给我们提供的方法。以文件IO为例，不管是FileInputStream还是FileChannel，最终都是调用了native方法：ReadFIle。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
六、什么是 Socket？
Socket就是套接字。直接说来，就是封装了TCP的三次握手建立连接，四次挥手释放连接的过程。
两台计算机想通信，其中一台负责读数据的，先创建一个socket。然后就只管从那个socket里疯狂的读；至于如何创建三次握手，建立连接，四次挥手释放连接，监听端口号等等操作，统统不用管，都可以在socket中简单配置，socket帮我们做了。
马士兵老师说过：socket帮我们建立了一个四元组：[源IP+port] 和 [目标IP+port] 可以确定绝对唯一的一个连接。如何建立如何释放都不用管，统统交给socket！
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层(连接了应用层和传输层)，它是一组接口。 在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
普通Socket 和 NIO Socket
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
下文引自：www.cnblogs.com/blogtech/p/10142212.html
七、Channel：Socket通道（其实就是Socket Channel）
注意，socket通道和上文讲的socket不同。它是Channel的一种。
a.ServerSocketChannel
它是一个基于Channel的socket监听器，它增加了通道语义，因此能在非阻塞模式下运行
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
b.SocketChannel
它常配合ServerSocketChannel使用。上面那个ServerSocketChannel只是个监听器，而这个Channel就是操作TCP网络套接字(Socket)的了，它是一个连接到TCP网络套接字的通道。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
上面说过，Channel的读写是面向缓冲区的，SocketChannel也不例外，必须配合buffer
c.DatagramChannel
上面的SocketChannel是面向Socket的TCP，而DatagramChannel是面向UDP。所以DatagramChannel是无连接的。
DatagramChannel 是无连接的，每个数据报（datagram）都是一个自包含的实体，拥有它自己的目的地址及不依赖其他数据报的数据负载。与面向流的的 socket 不同DatagramChannel 可以发送单独的数据报给不同的目的地址。同样，DatagramChannel 对象也可以接收来自任意地址的数据包。每个到达的数据报都含有关于它来自何处的信息（源地址）
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
八、Java NIO Buffer详细讲解
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：JavaSE Demos的下图位置：
Java NIO Buffer简介
这里的Buffer指的是java.nio.Buffer，而不是前面所说的计算机科学领域的Buffer概念。当然NIO的buffer也是计算机科学的Buffer的一种实现罢了。
这么多Buffer的儿子，最常用的就是ByteBuffer
Buffer的基本用法
Buffer的capacity、position、limit三个重要属性
关于capacity、position、limit三个重要属性的操作方法（rewind、clear、compact、mark、reset）：
Buffer的分配，读写数据，flip(读写切换)
缓冲区操作
a.缓冲区分片
在 NIO 中，除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外，还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区，即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区，但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的，也就是说，子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用 slice()方法可以创建一个子缓冲区。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：BufferDemo2 —— b01()
b.只读缓冲区
只读缓冲区非常简单，可以读取它们，但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的 asReadOnlyBuffer()方法，将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区，并与原缓冲区共享数据，只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化，只读缓冲区的内容也随之发生变化.
如果尝试修改只读缓冲区的内容，则会报ReadOnlyBufferException 异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时，无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区，而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：BufferDemo2 —— b02()
c.直接缓冲区
直接缓冲区是为加快 I/O 速度，使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区，JDK 文档中的描述为：给定一个直接字节缓冲区，Java 虚拟机将尽最大努力直接对它执行本机I/O 操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机 I/O 操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区，需要调用 allocateDirect()方法，而不是 allocate()方法，使用方式与普通缓冲区并无区别。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：BufferDemo2 —— b03()
d.内存映射文件IO
内存映射文件 I/O 是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的 I/O 快的多。内存映射文件 I/O 是通过使文件中的数据出现为内存数组的内容来完成的，这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：BufferDemo2 —— b04()
九、NIO Seletor（多路复用器）
代码实现Gitee(代码位置在文章前言)：如下图所示
Selector概念简述：
多路复用器的基本思想：
见第6章：普通Socket和NIO Socket。
简单来说，使用Selector通信，服务端(ServerSocketChannel)和客户端的通道（SocketChannel），可以根据某一个Key，注册到Selector上。
然后Selector可以使用一个while循环进行轮询（类似于事件监听），当有真正的读写操作事件到来时，根据不同的Key，进行不同的处理逻辑。
NIO 编程步骤总结：
第一步：创建 Selector 选择器
第二步：创建 ServerSocketChannel 通道，并绑定监听端口
第三步：设置 Channel 通道是非阻塞模式
第四步：把 Channel 注册到 Socketor 选择器上，监听连接事件
第五步：调用 Selector 的 select 方法（循环调用），监测通道的就绪状况
第六步：调用 selectKeys 方法获取就绪 channel 集合
第七步：遍历就绪 channel 集合，判断就绪事件类型，实现具体的业务操作
第八步：根据业务，决定是否需要再次注册监听事件，重复执行第三步操作
【总结】十：NIO BIO AIO
BIO（同步阻塞）
BIO 其实就是传统的IO , BIO (Blocking I/O) 的B代表Blocking，同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。
BIO的特点就是，服务端监听到某一个客户端发起的请求后，就开始处理和响应。这里的处理包括业务逻辑处理，建立Socket，三次握手四次挥手等等，重点是：只要处理不完这个请求，其它的请求都进不来，只能等待该请求处理结束。所以被称作同步阻塞式IO。
我们可以使用多线程、线程池的方法来改善BIO，每次处理一个请求就开一个线程即可。但是就算是使用这种方法，底层仍旧是阻塞IO，只不过加入了并行处理而已。
NIO（同步非阻塞）
详见本文第三章：IO(阻塞IO存在的问题)，以及为何引入NIO
NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，上面提到了可以用线程池改善BIO，但是线程池终究是数量有限的。比如线程池大小是100，第101个请求到来，线程池仍旧无法处理该请求，该请求也必须阻塞等待。
NIO实现这一机制的核心就是NIO Selector（多路复用器）。IO调用不会被阻塞，反而是在Selector上面注册监听事件，只有实际的IO操作到来，且buffer和channel到位，满足IO条件的时候，才会真正进行IO操作。 从而可以实现一个Selector线程轮询处理多个请求的目的。当然，在Java里面，多个请求被看作是Channel，即相对少线程的Selector可以处理一大堆Channel。
IO面向的是流，NIO面向的是缓冲区（buffer）。
为什么说NIO是非阻塞的：
由于多路复用机制的存在，如果没有侦测到监听事件(读写事件)发生，就会继续轮询。只有监听到真正的IO操作后，才会进行阻塞调用，这在一定程度上防止了阻塞的发生。
所以NIO不像IO那样会被阻塞。将数据放到缓冲区后，线程可以去做其它的事情。直到另一端将缓冲区取空。
AIO（异步非阻塞）
A 代表 Async ， 是异步的意思。这里涉及到知识点同步和异步，以及CallBack回调机制。
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，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会执行回调通知相应的线程进行后续的操作。