什么是IO

I/O 即输入Input/ 输出Output的缩写，其实就是计算机调度把各个存储中（包括内存和外部存储）的数据写入写出的过程；

• java中用“流（stream）”来抽象表示这么一个写入写出的功能，封装成一个“类”，都放在http://java.io这个包里面。

来理解“流”是什么？

通过“流”的形式允许java程序使用相同的方式来访问不同的输入/输出源。stream是从起源（source）到接收的（sink）的有序数据。我们这里把输入/输出源对比成“水桶”，那么流就是“管道”，这个“管道”的粗细、单向性等属性也就是区分了不同“流”的特性。

IO流的分类

可以从三个不同的维度进行分类：

1、按照流的方向（输出输入都是站在程序所在内存的角度划分的）

• 输入流：只能从中读取数据【主要由InputStream和Reader作为基类】
• 输出流：只能向其写入数据【主要由outputStream和Writer作为基类】

在下图中，从磁盘读取数据到内存是输入流，从client读取数据到server是输入流；同样，把内存数据写到磁盘是输出流，把server数据写到client是输出流

2、按照流的操作颗粒度划分

• 字节流：以字节为单元，可操作任何数据【主要由InputStream和outPutStream作为基类】
• 字符流：以字符为单元，只能操作纯字符数据，比较方便【主要由Reader和Writer作为基类】

3、按照流的角色划分

• 节点流：可以从/向一个特定的IO设备（如磁盘，网络）读/写数据的流，也叫【低级流，主要由】
• 处理流：用于对一个已存在的流进行连接和封装，通过封装后的流来实现数据的读/写功能，也叫【高级流】

下图中可以看出来，处理流就是在基础的字节流上，进行了封装，增加了特定的功能，使得传输更适合特定的场景。

java中所有流汇总

http://java.io 中子类有40个“流”类，我们用以下表格来综合划分，当然这些流你不用都去花时间一个一个看过来，我们只要熟悉掌握几类常用的“流”就足够了，后续项目中如果用到陌生的“流”，知道原理的话可以快速地去检索学习下就ok了。

• File -- 文件类
• RandomAccessFile -- 随机存储文件类
• InputStream -- 字节输入流
• OutputStream -- 字节输出流
• Reader -- 字符输入流
• Writer -- 字符输出流

I/O 模型基本说明

1. I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能。
2. Java共支持3种网络编程模型/IO模式：BIO、NIO、AIO。
3. Java BIO：同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。
4. Java NIO： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。
5. Java AIO(NIO.2) ：异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 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。

BIO、NIO、AIO适用场景分析

• BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。

• NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

• AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

Java BIO

• Java BIO 就是传统的java io 编程，其相关的类和接口在 java.io包下。

• BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

• BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，程序简单易理解。

Java BIO 问题分析

• 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write 。

• 当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大。

• 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费。

Java NIO

JAVA NIO全称java non-blocking IO，是JDK提供的新API，从JDK1.4开始，java提供了一系列改进输入/输出的新特性，被称为NIO，是同步非阻塞的。

NIO相关类都被放在java.nio包下，并且对原来java.io包中有很多的类进行改写。

NIO有三大核心部分：Channel（通道），Buffer（缓冲区），Selector（选择器）。

NIO是面向缓冲区，或者面向块的编程，数据读取到一个稍后会处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用他可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

NIO 三大核心原理示意图

Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图(简单版)

关系图的说明:

• 每个channel 都会对应一个Buffer。

• Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个channel(连接)。

• 程序切换到哪个channel 是有事件决定的，Event 就是一个重要的概念。

• Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换。

• Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组。

• 数据的读取写入是通过Buffer，而BIO 中要么是输入流，或者是输出流，不能双向，但是NIO的Buffer 是可以读也可以写的，读写转换之前只需要调用 flip 方法切换即可。

• channel 是双向的，可以返回底层操作系统的情况，比如Linux，底层的操作系统通道就是双向的。