网络相关 - BIO/NIO/AIO

• BIO 就是传统的 java.io包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是说在读入输入流或者写入输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。它的优点就是代码比较简单、直观；缺点就是 IO 的效率和扩展性很低，容易成为应用性能瓶颈。
• NIO 是 Java 1.4 引入的 java.nio 包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的对象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。
• AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升级版本，提供了异步非阻塞的 IO 操作方式，所以人们叫它 AIO（Asynchronous IO），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，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

基于BIO实现的伪异步I/O模型

采用单线程循环处理accept事件，当有客户端接入时，将客户端的socket封装成一个实现Runnable的Task放到后端的线程池中进行，线程池中维护一个消息队列N个活跃线程对队列中的任务进行异步处理。队列大小和线程数量可以固定大小，资源占用也就可控的，不用为每个客户端创建一个线程。

• 伪异步I/O的优点：
  将accept事件和socke的读写事件进行了线程隔离，读写事件采用线程池进行了异步处理，不用为每个客户端创建一个单独的线程。
• 伪异步I/O的缺点：
  socket的输入流和输出流的读写操作都是阻塞的，网络传输较慢时，读取输入流的线程会一直阻塞，如果线程池中的线程都处于读写阻塞中，其他消息只能在消息队列中排队，甚至将队列打满。所以无法从根本上解决同步I/O导致的通信线程阻塞问题。

基于I/O多路复用实现NIO

NIO 是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地遍历就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高。

1. 首先，通过 Selector.open() 创建一个 Selector，作为类似调度员的角色；
2. 然后，创建一个 ServerSocketChannel，并且向 Selector 注册，通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告诉调度员，它关注的是新的连接请求；
3. 为什么我们要明确配置非阻塞模式呢？这是因为阻塞模式下，注册操作是不允许的，会抛出 IllegalBlockingModeException 异常；
4. Selector 阻塞在 select 操作，当有 Channel 发生接入请求，就会被唤醒；
5. 然后根据selectionKey与客户端建立链接，链接成功后，获取ServerSocketChannel通道,
   并将该通道向Selector注册，开始关注通道可读状态；
6. 当有客户端写入数据，通道状态为可读状态时，selector线程会通知开始处理读取客户端数据；
7. 主要通过缓冲区ByteBuffer来读取数据，读是非阻塞的。
8. 读完客户端数据，开始写处理，写也是非阻塞的。

缓冲区 Buffer

在NIO类库中，所有数据都是通过缓冲区处理的，在读取数据时，直接读到缓冲区中，写入数据时，写到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据都是通过缓冲区进行操作。
缓冲区本质是数组，常用的实现类有

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通道 Channel

Channel 与InputStream/OutputStream区别
Channel 是一个通道，可以用于读、写或者同时读写，是全双工的，可以双向流通，不阻塞；
Channel 主要有两类，分别用于网络读写的和文件读写操作；
InputSteam 是输入流，只能用于读数据，而且没有数据时会一直阻塞；
OutputStream 是输出流，只能用于写入输出数据；

多路复用器 Selector

Selector可以通过一个线程轮询注册在其上的Channel,如果某个channel上有了新的TCP连接接入、读和写事件，这个channel就处于就绪状态，会被selector轮询出来，然后通过selectionKey可以获取就绪channel的集合，进行后续的I/O操作。
一个Selector可以同时轮询多个Channel，在jdk5update10版本中进行了优化，使用epoll代替了原来的select/poll实现，没有了最大连接接句柄的限制。

NIO2.0 又叫AIO

NIO2.0引入了新的异步通道的概念，提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现，异步通道提供两种方式获取操作结果。

• 通过java.util.concurrent.Feture类表示异步操作的结果。
• 在执行操作的时候传入一个java.nio.channels。
  在异步I/O操作的时候可以传递信号变量，当操作完成之后会回调相关方法。它不需要通过多路复用器( Selector) 对注册的通道进行轮询操作即可实 现异步读写，从而简化了NIO 的编程模型。