NIO
本文针对不了解NIO的同学，主要对IO模型、NIO的概念以及基本原理做简述，没有深入源码解析。
1. NIO基本概念
NIO官方叫法为 New I/O,原因在于它相对之前的I/O类库是新增的。但是，由于之前老的I/O类库是阻塞I/O，New I/O的目标就是让Java支持非阻塞I/O，所以，更多的人喜欢称之为非阻塞I/O（Non-block I/O）。
Java NIO 主要由以下三个核心部分组成：
- 通道 Channel
- 缓存区 Buffer
- 多路复用器 Selector
因为Java NIO 的核心类库Selector就是基于epoll的多路复用技术实现，因此需先了解I/O多路复用技术。
2. I/O多路复用技术
Linux网络I/O模型
Linux内核将所有外部设备都看作是一个文件来操作，对于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）。
UNIX 网络编程，对I/O分为5种模型：
（1）阻塞I/O模型：在进程空间中调用recvfrom,会一直等待数据返回，该过程一直被阻塞。
（2）非阻塞I/O模型：recvfrom从应用层到内核，若缓冲区没有数据，直接返回一个错误，然后会轮询重复请求，知道内核有数据到来。
（3）I/O复用模型：Linux 提供select/poll 和 epoll
select/poll：进程将一个或多个fd传递给select或poll,阻塞在select操作上，select/poll会轮询顺序扫描fd是否就绪。
epoll：基于事件驱动的方式代替顺序扫描，因此性能更高。当有fd就绪时，立即回调函数rollback。
（4）信号驱动I/O模型：非阻塞的，通过调用sigaction执行信号处理函数，当数据准备就绪，生成一个信号，通过信号回调通知应用程序调用recvfrom。
（5）异步I/O：告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后通知我们。
I/O多路复用技术
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，同时处理多个客户端请求。
优势：系统不需要创建额外的线程和进程，也不需要维护这些线程的运行，减少线程之间切换上下文的系统开销。
epoll对比select的改进：
(1) 支持一个进程打开的socket描述符(FD)不受限制（仅受限于操作系统的最大文件句柄数,可用cat /proc/sys/fs/file-max查看）。
select最大的缺陷就是单个进程所打开的FD是有一定限制的，它由FD_SETSIZE设置，默认值是1024。虽然可修改，但修改后需要重新编译内核。
(2) I/O效率不会随着FD数目的增加而线性下降。
传统的select/poll另一个致命弱点，就是当socket集合很大时，由于网络延时或者链路空闲，任一时刻只有少部分socket是“活跃”的，但select/poll每次调用都会线性扫描全部集合，导致效率呈线性下降。
(3) 使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。
(4) epoll的API更简单。
3. Buffer
Buffer是一个对象，它包含一些要写入或读出数据。缓存区实质上是一个数组，通常它是一个字节数组（ByteBuffer）。
Buffer类型：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
- MappedByteBuffer （用于表示内存映射文件，rocketmq消息刷盘时用到）
MappedByteBuffer请参考：https://blog.****.net/qq_41969879/article/details/81629469
Buffer主要属性值：
capacity：容量，表示buffer的最大数据容量，缓冲区容量不能为负，创建后不能更改。
position：位置，下一个要读取或写入的索引位置，该位置不能大于limit的限制。
limit：限制，按照索引来，limit之后的数据不可读写，即只有在limit范围内的数据我们才可以读写操作。
mark：标记，标记后的索引位置，我们可以通过reset方法恢复position到该位置，该mark的位置要小于或等于position
以上的4个属性满足条件：mark<=position<=limit<=capacity
Buffer 类源码如下图：
Buffer主要方法：
allocate(int) ：Buffer的内存分配。
flip()：反转缓冲区，将limit的值设为position的值， 然后position的值设为0。为从缓冲区读取字节做准备。
rewind()：从头再读或再写，limit不变，position设置为0。
mark()：标记当前的position值，和reset()配合使用。
reset()：将当前position设为mark标记的值。
hasRemaining()：position和limit之前是否还有元素。
clear()：清空整个缓冲区（没有擦除）。 position的值设为0， limit的值设为capacity，mark的值被丢弃。为把字节写到缓冲区做准备。
compact()：只清空已经读过的数据（没有擦除）。未读数据复制到缓冲区的起始处，position设到最后一个未读数据后。
创建缓冲区
缓冲区有两种，非直接缓冲区 和 直接缓冲区；
非直接缓存区：在虚拟机内存中创建，易回收，但占用虚拟机内存开销，处理中有复制过程。
直接缓存区：在虚拟机内存外开辟的内存，IO操作直接进行，不需对其进行复制，但创建和销毁开销大（可用内存池技术优化）。
下面是它们的创建方式：
非直接缓存区：ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024); //大小为1024个字节 此时它的position=0 limit=1024 capacity=1024
直接缓存区：ByteBuffer buf =ByteBuffer.allocateDirect(1024); //大小为1024个字节
写入数据
buffer.put("abcde".getBytes()); //将一个字节数组写入缓冲区，此时它的position=5 limit=1024 capacity=1024
再写一个数组
buffer.put("abcde".getBytes()); //该数组会在之前position开始写，写完后 position=10 limit=1024 capacity=1024
读取数据
在读取数据的时候，重要的一步是将缓冲区翻转，即：
buffer.flip();
这一步的作用是使position=0，limit为可以操作的最大字节数，这里limit=10， capacity不变 还是1024。
可以这样理解，此时你只能操作缓冲区中有数据的那部分 。翻转之后就可以读取了,如下:
System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.limit()));
4. Channel
网络数据通过Channel读取和写入。通道和流不同之处在于通道是双向的，流只是在一个方向上移动(一个流必须是InputStream 或者 OutputStream的子类)，通道读写可以同时进行。
Channel类型：
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。如下图：
5. Selector
Selector会不断的轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发送读或写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey获取就绪的Channel集合，进行后续的I/O操作。（ps:这里运用了 I/O多路复用技术）
这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：
使用Selector，需向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件。
AIO（扩展）
AIO,即NIO 2.0,引入了异步通道概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。NIO 是同步非阻塞I/O，AIO 是异步非阻塞i/O。
NIO 2.0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。
异步通道提供以下两种方式获取操作结果：
- 通过java.util.concurrent.Futurn类来表示异步操作的结果
- 在执行异步操作时传入一个java.nio.channels,CompletionHandler接口的实现类作为操作完成的回调。