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1、基础
Java1.4 之前，对 I/O 支持不完善，主要问题有：
- 没有数据缓冲区，I/O 性能存在问题；
- 没有 C 或者 C++ 中的 Channel 概念，只有输入和输出流；
- 同步阻塞式 I/O 通信（BIO），通常会导致线程被长时间阻塞；
- 支持的字符集有限，硬件的可移植性不好。
1.1 Linux 网络 I/O模型简介
Linux 的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作，对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个 file descriptor（fd，文件描述符）。而对一个 socket 的读写也会有相应的描述符，称为 socketfd（socket 描述符），描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（文件路径，数据区等一些属性）。
UNIX 提供 5 种 I/O 模型（以套接字接口为例来说明）
1.1.1 阻塞 I/O 模型
- 一个应用进程等待一个套接字变为可读。
- 从调用 recvfrom 开始，到可以处理数据这段时间，其实可以分为两个部分：
- 第一部分是内核等待数据准备就绪的过程，第二部分是数据就绪后，内核将数据复制到应用进程的缓冲区的过程。
- 这两部分都是内核在工作，而应用进程在这两部分都是处于阻塞状态，只等待，其他的什么也不做。
- 所以说在调用开始后，直到可以处理数据这段时间，调用者一直阻塞。
- 调用返回的时间：数据复制到应用进程的缓冲区，或发生错误。
1.1.2 非阻塞 I/O 模型
- 一个应用进程等待一个套接字可读。
- 从调用 recvfrom 开始，到可以处理数据这段时间，其实可以分为两个部分：
- 第一部分是内核等待数据准备就绪的过程，第二部分是数据就绪后，内核将数据复制到应用进程的缓冲区的过程。
- 对于第一部分来说，应用进程在发出系统调用之后，若内核没有准备好数据，那么会返回给应用进程一个 EWOULDBLOCK 错误；当应用进程收到这个错误之后，继续发出 recvfrom 的系统调用...，就这样，直到内核准备好数据。在这个部分，应用进程没有坐以待毙，而是不断询问内核。
- 对于第二部分来说，内核将数据复制到应用进程的缓冲区，这段时间应用进程是阻塞的。
- 所以，在发起系统调用，到能够处理数据这段时间，应用进程并不是坐以待毙，而是不断轮询，所以称之为非阻塞 I/O。
1.1.3 I/O 复用模型
- 一个应用进程等待一个或多个套接字可读。
- 这里也是分为两个部分：第一部分是内核等待数据准备就绪的过程，第二部分是数据就绪后，内核将数据复制到应用进程的缓冲区的过程。
- 但是第一部分是通过 select 来侦测哪个进程数据准备好了，如果有一个进程数据准备好了，那么内核通知应用进程可以进行 recvfrom。这是与之前两种模型不同的地方。
- 第二部分就是内核将数据复制到应用进程缓冲区的过程。
1.1.4 信号驱动 I/O 模型
- 这里也是分为两个部分：第一部分是内核等待数据准备就绪的过程，第二部分是数据就绪后，内核将数据复制到应用进程的缓冲区的过程。
- 对于第一部分：应用进程开启套接口信号驱动 I/O 功能，并通过系统调用 sigaction 执行一个信号处理函数，此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的。当数据准备就绪，内核就为该进程生成一个 SIGIO 信号，通过信号回调通知应用程序调用 recvfrom 来读取数据。这是它区别于其他模型的地方。
- 对于第二部分，应用进程在做其他事情时，收到 SIGIO 信号，于是调用 recvfrom 进行数据处理。
1.1.5 异步 I/O 模型
- 这里也是分为两个部分：第一部分是内核等待数据准备就绪的过程，第二部分是数据就绪后，内核将数据复制到应用进程的缓冲区的过程。
- 对于第一部分，应用进程先告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据复制到用户自己的缓冲区）通知我们。
- 对于第二部分，应用进程接到通知，发起 recvfrom 调用。
- 异步 I/O 与信号驱动模型相比的区别：信号驱动模型，是内核准备好数据，但是还没有将数据复制到应用进程缓冲区中时，通知应用进程发起 recvfrom 调用。也就是信号驱动模型告诉我们何时开始一个 I/O。而异步 I/O，是内核将数据准备好，然后将数据复制到用户自己的缓冲区后，通知应用进程。也就是异步 I/O 通知我们 I/O操作何时完成。
1.2 I/O多路复用
1 概念
I/O 多路复用技术通过把多个 I/O 的阻塞复用到同一个 select 的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。
2 优点
与传统的多线程/多进程模型相比。I/O 多路复用的最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源。
3 应用场景
- 服务器需要同时处理多个处于监听状态或者多个连接状态的套接字；
- 服务器需要同时处理多种网络协议的套接字。
4 支持 I/O 多路复用的系统调用有：
select、pselect、poll、epoll。
为了克服 select 的缺点，epoll 的改进：
1）支持一个进程打开的 socket 描述符（FD）不受限制（仅限于操作系统的最大文件句柄数）。
select 最大缺陷就是单个进程所打开的FD是有一定限制的，默认是 1024。
2）I/O 效率不会随着 FD 数目的增加而线性下降。
传统 select /poll 的另一个缺点，当拥有一个很大的 socket 集合时，由于网络延时或者链路空闲，任意时刻只有少部分的 socket是“活跃的”，但是 select/poll 每次都会线性扫描全部的集合，这导致效率呈线性下降。而 epoll 不存在这个问题，它只会对“活跃的”socket进行操作，这是因为在内核实现中，epoll 是根据每个 fd 上面的 callback 函数实现。只有“活跃的”socket才会主动调用callback函数，其他 idle状态的 socket 不会。
3）使用 mmap 加速内核与用户空间的消息传递。
4）epoll 的API 更加简单
2、Java IO演进
2.1 BIO
2.2 NIO
2.3 AIO
