一、NIO三大组件
1、Channel 通道
2、Buffer 缓冲区
3、Selector 选择器
最直白的理解就是，NIO可以做到一个线程处理多个请求（或操作）
就如HTTP2.0 使用了多路复用技术，做到一个连接并发处理多个请求并且并发请求的数量比HTTP1.1大了几个数量级
1.1三大组件关系
- 一个线程有一个Selector
- Selector对应多个channel
- 程序切换到哪一个channel由事件Event决定
- Selector会根据不同的事件在不同的Channel上面切换
- Buffer是一个内存块，底层是一个数组
- 数据的读取写入是通过Buffer，BIO中是通过输入输出流。不能双向，但是NIO的Buffer是可以读也可以写。要调用flip方法，Channel
二、缓冲区Buffer
Buffer内部有一个数组，Channel读取文件或者从网络通道读取数据必须经过Buffer
Buffer有除了布尔类型之外所有基本类型的对应子类。
如ByteBuffer，CharBuffer，…
2.1
Buffer类中定义了缓冲区具有对的四个属性
- Capacity 容量，创建之后就不能改变了
- Limit 缓冲区的当前终点，不能对缓冲区超过极限的位置进行读写。且极限是可以修改的
- Position 位置，下一个要被读或写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时都会改变该值，为下一次读写作准备
- Mark 标记
三、通道Channel
常用的Channel：
- FileChannel
- DatagramChannel
- ServerSocketChannel
- SocketChannel
ServerSocketChanne 类似ServerSocket SocketChannel 类似Socket
通道是可以同时进行读写，而流只能读或者写
通道可以实现异步读写数据
通道可以从缓冲读数据，也可以写数据到缓冲
@Test
void contextLoads() {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64);
//类型化方法放入数据
buffer.putInt(100);
buffer.putLong(9);
buffer.putChar('张');
buffer.putShort((short)4);
buffer.flip();
//取出
System.out.println(buffer.getInt());
System.out.println(buffer.getLong());
}
}
buffer和channel 还有很多的一些用法，用到的时候可以再去看
四、NIO非阻塞 网络编程原理
- 当客户端连接时，会通过ServerSocketChannel
- Selector进行监听 select方法，返回有事件发生的通道的个数
- 将socketChannel注册到Selector上，register（Selector sel,int ops）,一个Selector上可以注册多个SocketChannel
- 注册后返回一个SelectionKey，会和该Selector关联（集合）
- 进一步得到各个SelectionKey（有事件发生）
- 在通过SelectionKey 反向获取SocketChannel，方法channel()
- 可以通过得到的channel，完成业务处理
Selectionkey解释
int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以accept，值为6
int OP_CONNECT 代表连接已经建立，值为8
int OP_READ 代表读操作，值为1
int OP_WRITE 代表写操作，值为4
通过SelectionKey得到与之关联的Selection对象
得到与之关联的通道
得到与之关联的共享数据
设置或改变监听事件
ServerSocketChannel
ServersocketChannel在监听新的客户端Socket连接后
具体负责进行读写操作。NIO把缓冲区的数据写入通道或者吧通道中的数据读到缓冲区
serversocket与serversocketchannel什么关系
服务器必须先建立ServerSocketChannel来等待客户端连接
客户端必须建立相对应的Socket或者SocketChannel来与服务器建立连接
服务器接受到客户端的连接受，再生成一个Socket或者SocketChannel与此客户端通信
SocketChannel
具体负责进行读写操作。
五、NIO与零拷贝
因为之前没接触过零拷贝，这里先说一下零拷贝
零拷贝常用方法有mmap和sendFile
5.1 引入
在现代操作系统中。引用了IO内存映射，把寄存器的值映身到主存，最设备存储器的操作，转换为对主存的操作，转换为对主存的操作，这样极大的提高了效率。
5.2 DMA
现代操作系统中引入DMA设备，设备接收到数据时，把数据放至DMA内存中，再向CPU产生中断，这样就节省了大量的CPU时间
5.3 零拷贝
零拷贝表述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务，这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存宽带
这是一个read方法的流程示意图
这里摘抄
作者：莫那一鲁道
链接：https://www.jianshu.com/p/275602182f39
来源：简书
上图中，上半部分表示用户态和内核态的上下文切换。下半部分表示数据复制操作。下面说说他们的步骤：
read 调用导致用户态到内核态的一次变化，同时，第一次复制开始：DMA（Direct Memory Access，直接内存存取，即不使用 CPU 拷贝数据到内存，而是 DMA 引擎传输数据到内存，用于解放 CPU） 引擎从磁盘读取 index.html 文件，并将数据放入到内核缓冲区。
发生第二次数据拷贝，即：将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区，同时，发生了一次用内核态到用户态的上下文切换。
发生第三次数据拷贝，我们调用 write 方法，系统将用户缓冲区的数据拷贝到 Socket 缓冲区。此时，又发生了一次用户态到内核态的上下文切换。
第四次拷贝，数据异步的从 Socket 缓冲区，使用 DMA 引擎拷贝到网络协议引擎。这一段，不需要进行上下文切换。
write 方法返回，再次从内核态切换到用户态。
如你所见，复制拷贝操作太多了。如何优化这些流程？
mmap 优化
mmap 通过内存映射，将文件映射到内核缓冲区，同时，用户空间可以共享内核空间的数据。这样，在进行网络传输时，就可以减少内核空间到用户控件的拷贝次数。如下图：
如上图，user buffer 和 kernel buffer 共享 index.html。如果你想把硬盘的 index.html 传输到网络中，再也不用拷贝到用户空间，再从用户空间拷贝到 Socket 缓冲区。
现在，你只需要从内核缓冲区拷贝到 Socket 缓冲区即可，这将减少一次内存拷贝（从 4 次变成了 3 次），但不减少上下文切换次数。
sendFile
那么，我们还能继续优化吗？ Linux 2.1 版本 提供了 sendFile 函数，其基本原理如下：数据根本不经过用户态，直接从内核缓冲区进入到 Socket Buffer，同时，由于和用户态完全无关，就减少了一次上下文切换。
如上图，我们进行 sendFile 系统调用时，数据被 DMA 引擎从文件复制到内核缓冲区，然后调用，然后掉一共 write 方法时，从内核缓冲区进入到 Socket，这时，是没有上下文切换的，因为在一个用户空间。
最后，数据从 Socket 缓冲区进入到协议栈。
此时，数据经过了 3 次拷贝，3 次上下文切换。
那么，还能不能再继续优化呢？ 例如直接从内核缓冲区拷贝到网络协议栈？
实际上，Linux 在 2.4 版本中，做了一些修改，避免了从内核缓冲区拷贝到 Socket buffer 的操作，直接拷贝到协议栈，从而再一次减少了数据拷贝。具体如下图：
现在，index.html 要从文件进入到网络协议栈，只需 2 次拷贝：第一次使用 DMA 引擎从文件拷贝到内核缓冲区，第二次从内核缓冲区将数据拷贝到网络协议栈；内核缓存区只会拷贝一些 offset 和 length 信息到 SocketBuffer，基本无消耗。
等一下，不是说零拷贝吗？为什么还是要 2 次拷贝？
答：首先我们说零拷贝，是从操作系统的角度来说的。因为内核缓冲区之间，没有数据是重复的（只有 kernel buffer 有一份数据，sendFile 2.1 版本实际上有 2 份数据，算不上零拷贝）。例如我们刚开始的例子，内核缓存区和 Socket 缓冲区的数据就是重复的。
而零拷贝不仅仅带来更少的数据复制，还能带来其他的性能优势，例如更少的上下文切换，更少的 CPU 缓存伪共享以及无 CPU 校验和计算。
再稍微讲讲 mmap 和 sendFile 的区别。
mmap 适合小数据量读写，sendFile 适合大文件传输。
mmap 需要 4 次上下文切换，3 次数据拷贝；sendFile 需要 3 次上下文切换，最少 2 次数据拷贝。
sendFile 可以利用 DMA 方式，减少 CPU 拷贝，mmap 则不能（必须从内核拷贝到 Socket 缓冲区）。
在这个选择上：rocketMQ 在消费消息时，使用了 mmap。kafka 使用了 sendFile。
摘抄结束
六、AIO
AIO就是用来两种模式：Reactor和Proactor
Java的NIO就是Reactor，当有事件触发时，服务器端得到通知，进行相应的处理
AIO即NIO2.0 叫做异步不阻塞的IO，引入异步通道的概念，采用了Proator模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用
六、三种IO对比
