1. 阻塞和同步

(1)阻塞(Block)和非租用(NonBlock)：

阻塞和非阻塞是在進程訪問數據時處理數據是否就緒的一種方式。數據未就緒時阻塞：往往需要等待緩沖區中的數據就緒后再處理其他事情，否則會一直阻塞隊列。在那里等著。

非阻塞：當我們的進程訪問我們的數據緩沖區時，如果數據沒有準備好，則直接返回，無需等待。如果數據準備好了，也直接返回

(2)同步和異步方法：

同步和異步都基于應用程序的私有操作系統處理 IO 事件的方式。比如同步：應用程序直接參與IO讀寫操作。異步：所有IO讀寫都交給操作系統處理，應用只需要等待通知即可。

在同步模式下處理IO事件時，必須阻塞在某個方法上，等待我們的IO事件完成(阻塞IO事件或者通過輪詢IO事件)。對于異步，所有的IO讀寫都交給操作系統來推。這時候，我們可以做其他事情，而不是完成真正的IO操作。當操作完成 IO 時，它會給我們的應用程序一個通知

同步：阻塞直到 IO 事件，阻塞直到讀變為寫。這時候我們根本不能自己動手，讓讀寫方法加到線程中，然后阻塞線程來實現，線程的性能開銷比較大。

2.BIO與NIO的對比

塊 IO 和非塊 IO

(1)區別

(2)Stream Oriented vs Buffer Oriented

Java NIO 和 IO 的第一個大區別是 IO 是面向流的。NIO 是面向緩沖區的。Java IO是面向流的，意味著每次從流中讀取一個字節，直到所有字節都被讀取完畢，它們不會被緩存到任何地方，而且它不能在流中來回移動數據。如果需要來回移動從流中讀取的數據，則需要先將其緩沖在緩沖區中。Java NIO 的面向緩沖區的方法略有不同。數據被讀入稍后處理的緩沖區，根據需要在緩沖區中來回移動。這增加了處理的靈活性。但是，您還需要檢查緩沖區是否包含您需要處理的所有數據。另外，確保當更多數據被讀入緩沖區時，它不會覆蓋緩沖區中未處理的數據。

(3)阻塞和非阻塞Java IO的各種流都是阻塞的。

這意味著當線程調用 read() 或 write() 時，線程會被阻塞，直到讀取了一些數據，或者數據被完全寫入。在此期間線程不能再做任何事情。Java NIO 的非阻塞模式使線程可以發送請求從通道讀取數據，但它只能獲取當前可用的數據。如果當前沒有可用的數據，它不會得到任何東西。線程可以繼續做其他事情，直到數據可供讀取，而不是保持線程阻塞。非阻塞寫入也是如此。線程請求將一些數據寫入通道，但不需要等待它完全寫入，線程可以在此期間做其他事情。線程通常會花費非阻塞 IO 空閑時間在其他通道上執行 IO 操作，因此單個線程現在可以管理多個輸入和輸出通道(通道)。

(4)選擇器(Selector)

Java NIO的選擇器允許單線程監控多個輸入通道，可以注冊多個通道使用一個選擇器，然后使用單獨的線程“選擇”通道：這些通過已經有傳入可以被處理，或者選擇一個準備好寫入的通道。這種選擇機制使單個線程可以輕松管理多個通道。

(5)NIO和BIO讀取文件

BIO讀取文件

BIO從阻塞流中逐行讀取數據

NIO讀取文件：

通道是數據的載體，緩沖區是數據存放的地方，線程從緩沖區中檢查數據并每次通知通道

(6)處理數據的線程數

NIO：一個線程管理多個連接

BIO：一個線程管理一個連接

3.蔚來簡介

在 Java 1.4 之前的 I/O 系統中，提供的都是面向流的 I/O 系統。系統一次處理一個字節的數據，一個輸入流產生一個字節的數據，一個輸出流消耗一個字節 面向流的I/O很慢，Java 1.4引入了NIO，是面向塊的輸入輸出系統。系統以塊為單位進行處理，每個操作都是一步生成或消耗的。對于數據庫，以塊為單位處理數據比以字節為單位處理數據要快得多。

NIO中有幾個核心對象需要掌握：Buffer、Channel、Selector。

4. 緩沖

緩沖區實際上是一個容器對象，或者更直接地說，它實際上是一個數組。在 NIO 庫中，所有數據都使用緩沖區進行處理。讀取數據時，直接讀入緩沖區;寫入數據時，也寫入緩沖區;每次訪問 NIO 中的數據時，都會將其放入緩沖區。在面向流的 I/O 系統中，所有數據都直接寫入或直接讀取到 Stream 對象中。

在 NIO 中，所有的緩沖區類型都繼承自抽象類 Buffer。最常用的是ByteBuffer。對于Java中的基本類型，基本上都有特定的Buffer類型與之對應。它們之間的繼承關系如下圖所示。

(1)四個屬性的

含義如下：

容量：緩沖區可以容納的最大數據元素數。此容量是在創建緩沖區時設置的，并且永遠無法更改。

上限(Limit)：緩沖區的第一個不能被讀寫的元素。換句話說，緩沖區中現有元素的計數。

位置：要讀取或寫入的下一個元素的索引。該位置由相應的 get( ) 和 put( ) 函數自動更新。

標記：要讀取或寫入的下一個元素的索引。該位置由相應的 get( ) 和 put( ) 函數自動更新。

(2)Buffer的常用方法如下：

flip()：將寫模式轉換為讀模式

rewind()：將位置重置為0，一般用于重復讀。

clear() :

compact(): 將未讀數據復制到緩沖區的頭部。

mark(): reset():mark 可以標記一個位置，reset 可以重置到那個位置。

緩沖區常見類型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。

(3)基本操作

緩沖區基本操作：鏈接

緩沖區分片、緩沖區分配、直接緩沖區、緩沖區映射、緩沖區只讀：鏈接

(4) 緩沖區訪問數據流

存儲數據時，位置為++，停止讀取數據時，

調用flip()。此時limit=position，

讀取數據時position=0，position++，直到limit

clear()清空緩沖區，準備再次寫入(position變為0，limit變為容量)。

5.頻道

通道是一個可以讀寫數據的對象，當然所有的數據都是通過一個Buffer對象來處理的。我們從不直接將字節寫入通道，而是將數據寫入包含一個或多個字節的緩沖區。此外，不是直接從通道讀取字節，而是從通道將數據讀取到緩沖區中，然后從緩沖區中檢索字節。

在 NIO 中，提供了多種通道對象，所有通道對象都實現了 Channel 接口。它們之間的繼承關系如下圖所示：

(1)使用NIO讀取

數據前面我們說過，每當讀取數據時，并不是直接從channel讀取，而是從channel讀取到buffer。所以使用 NIO 讀取數據可以分為以下三個步驟：

1)從 FileInputStream 中獲取 Channel

2)創建 Buffer

3)從 Channel 讀取數據到 Buffer

示例：鏈接

(2)使用NIO寫入數據

使用NIO寫入數據的過程與讀取數據的過程類似。同樣，數據不是直接寫入通道，而是寫入緩沖區，可以分為以下三個步驟：

1)從 FileInputStream中獲取通道

2)創建緩沖區

3)將數據從通道寫入緩沖區

示例：鏈接

6.反應堆

(1)阻塞IO模型

在舊的IO包中，serverSocket和socket都是阻塞的，所以一旦出現大規模并發行為，每次訪問都會開啟一個新線程。這時候會有大規模的線程上下文切換操作(因為都在等待，所以資源都被現有線程吃掉了)，這個時候不管是等待線程還是處理線程，響應率會下降，并且影響新線程。

(2) NIO

Java NIO 在 jdk1.4 中使用，可以稱為“新 IO”或非阻塞 I/O。下面是java NIO的工作原理：

1)一個專門的線程處理所有的IO事件，負責分發。

2)事件驅動機制：事件到達時觸發，而不是同步監聽事件。

3)線程通信：線程之間通過wait、notify等方式進行通信，確保每一次上下文切換都是有意義的。減少不必要的線程切換。

注意：每個線程的處理流程大概是讀取數據、解碼、計算、編碼、發送響應。

7. 選擇器

傳統的服務器/客戶端模型將基于 TPR(每個請求的線程)。服務器將為每個客戶端請求創建一個線程。該線程單獨處理客戶端請求。這個模型的一個問題是線程的數量急劇增加。大量線程會增加服務器的開銷。為了避免這個問題，大多數實現都采用線程池模型，并設置線程池中的最大線程數，這帶來了新的問題。如果線程池1線程中有200個線程，有200個用戶在下載大文件，那么第201個用戶的請求無法及時處理，即使第201個用戶只想請求幾個KB大小的頁面。傳統的 Sorvor/Client 模式如下：

NIO 中的非阻塞 IO 采用基于 Reactor 模式的工作方式，IO 調用不會被阻塞，而是注冊具有有趣特性的 IO 事件，例如可讀數據的到來， new Sockets等，系統會在發生hold rate事件時通知我們。Selector，NlO中非阻塞IO的核心設計，是注冊各種IO事件的地方，當這些事件發生時，這個對象告訴我們發生了什么。

當任何注冊的事件發生時，如讀或寫，都可以從Selector中獲取對應的SelectionKey，從SelectionKey中可以找到該事件和該事件發生的具體SelectableChannel，從而獲取客戶端發送的數據。

在 NIO 中使用非阻塞 IO 編寫服務器處理程序需要三個步驟。

(1)將感興趣的事件注冊到Selector對象中

(2)從Selector中獲取感興趣的事件

(3)根據不同的事件進行相應的處理

通過上述介紹，相信大家對Nio原理已經有所了解，大家如果對此比較感興趣，想了解更多相關知識，不妨來關注一下動力節點的NIO視頻教程，視頻教程由淺到深，通俗易懂，很適合沒有基礎的小伙伴學習，希望對大家能夠有所幫助哦。