1.基本概念
IO是主存和外部设备(硬盘、终端和网络等)拷贝数据的过程。IO是操作系统的底层功能实现，底层通过I/O指令进行操作。
所有的语言在运行系统都提供了执行I/O较高级别的工具(C的printf、scanf；java的面向对象封装)。
2.java标准IO回顾
java标准IO类库是IO面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。如InputStream/OutputStream(字节流)是一次传送一个字节。Reader/Writer(字符流)：一次一个字符。
3.NIO简介
NIO是java New IO的简称，在jdk1.4里提供了新的API。sun官方标榜的特性如下：
——为所有的原始类型提供(Buffer)缓存支持。
——字符集编码解码解决方案
——channel：一个新的原始IO的抽象
——支持锁和内存映射文件的文件访问接口。
——提供多路(non-blocking)非阻塞式的高伸缩性网络IO
下面我们将围绕这几个特性进行探讨
4.Buffer和Channel
Channel和Buffer是NIO两个最基本的数据类型抽象。
Buffer
——是一块连续的内存块
——是NIO数据读或写的中转池
Channel
——数据的源头或者数据的目的地
——用于向Buffer提供数据或者读取Buffer数据，Buffer对象的唯一接口
——异步IO的支持
Channel和Buffer的关系如下图：
下面通过一个示例来体会：
public class CopyFile {
public static void main(String[] args) {
String infile = "D:\\web.txt";
String outfile = "D:\\web1.txt";
try {
//获取源文件和目标文件的输入输出流
FileInputStream fin = new FileInputStream(infile);
FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile);
//获取输入输出通道
FileChannel fcin = fin.getChannel();
FileChannel fcout = fout.getChannel();
//创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (true){
//clear()方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据
buffer.clear();
//从输入通道中将数据读到缓冲区
int r = fcin.read(buffer);
//read方法返回读取的字节数，可能为0，如果通道已经达到流的末尾，则返回-1
if (r == -1){
break;
}
//flip()方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道。
buffer.flip();
//从输出通道中奖数据写入缓冲区
fcout.write(buffer);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
其中buffer的内部结构如下：
一个buffer主要由position、limit、capacity三个变量来控制读写的过程。此三个变量的含义见如下表格：
Buffer常见的方法：
flip()：写模式转换成读模式
rewind()：将position重置为0，一般用于重复读。
clear()：清空buffer，准备再次写入(position变成0，limit变成capacity)。
compact()：将未读取的数据拷贝到buffer的头部位。
mark()、reset()：mark()可以标记一个位置，reset可以重置到该位置。
Buffer的常见类型：ByteBuffer、MappedByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。
Channel常见的类型：FileChannel、DatagramChannel(UDP)、SocketChannel(TCP)、ServerSocketChannel(TCP)
性能测试：
——场景1：copy一个370MB的文件
——场景2：三个线程同时拷贝，每个线程拷贝一个370MB的文件
5.nio.charset
字符编码解码：字节码本事只是一些数字，放到正确的上下文中被正确解析。向ByteBuffer中存放数据时需要考虑字符集的编码方式，读取ByteBuffer数据时涉及对字符集解码。
java.nio.charset提供了编码解码的一套解决方案。
以我们最常见的http为例，在请求的时候必须对请求进行正确的编码。在得到相应的时候必须对相应进行正确的解码。
一下代码向百度发一次请求，并获取结果进行显示。例子演示到了charset的使用。
public class BaiduReader {
//创建GBK字符集
private Charset charset = Charset.forName("GBK");
private SocketChannel channel;
public void readHTMLContent(){
try {
InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80);
//打开连接
channel = SocketChannel.open(socketAddress);
//发送请求，使用GBK编码
channel.write(charset.encode("GET " + "/ HTTP/1.1" + "\r\n\r\n"));
//读取数据
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (channel.read(buffer) != -1){
//flip()方法在读缓冲区字节操作之前调用
buffer.flip();
//使用charset。decode()方法将字节转换为字符串
System.out.println(charset.decode(buffer));
//清空缓冲区
buffer.clear();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally{
if (channel != null){
try {
channel.close();
} catch (Exception e2) {
e2.printStackTrace();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new BaiduReader().readHTMLContent();
}
}
6.非阻塞IO
关于非阻塞IO将从为何阻塞、何为非阻塞、非阻塞原理和异步核心API几个方面来理解。
何为阻塞？
一个常见的网络IO通讯流程如下：
从该网络通讯过程来理解一下何为阻塞：
在 以上过程中若连接还没有到来，那么accept会阻塞，程序运行到这里不得不挂起，CPU转而执行其他线程。
在以上过程中若数据还没有准备好，read一样会阻塞。
阻塞式网络IO的特点：多线程处理多个连接。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些CPU时间。每个线程遇到外部未准备好的时候都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的进程上下文切换。且大部分进程上下文切换可能是无意义的。比如假设一个线程监听一个端口，一天只会有几次请求进来，但是该CPU不得不为该线程不断做上下文切换尝试，大部分的切换以阻塞告终。
何为非阻塞？
下面有个隐喻：
下面有个隐喻：
一辆从 A 开往 B 的公共汽车上，路上有很多点可能会有人下车。司机不知道哪些点会有哪些人会下车，对于需要下车的人，如何处理更好？
1. 司机过程中定时询问每个乘客是否到达目的地，若有人说到了，那么司机停车，乘客下车。 ( 类似阻塞式 )
2. 每个人告诉售票员自己的目的地，然后睡觉，司机只和售票员交互，到了某个点由售票员通知乘客下车。 ( 类似非阻塞 )
很显然，每个人要到达某个目的地可以认为是一个线程，司机可以认为是 CPU 。在阻塞式里面，每个线程需要不断的轮询，上下文切换，以达到找到目的地的结果。而在非阻塞方式里，每个乘客 ( 线程 ) 都在睡觉 ( 休眠 ) ，只在真正外部环境准备好了才唤醒，这样的唤醒肯定不会阻塞。
非阻塞的原理
把整个过程切换成小的任务，通过任务间协作完成。
由一个专门的线程来处理所有的IO事件，并负责分发。
事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
线程通讯：线程之间通过wait、notify等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。
以下是异步的IO的结构：
Reactor就是上面 隐喻的售票员角色。每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。
异步IO核心API
Selector
异步IO的的核心类，它能监测一个或多个通道(channel)上的事件，并将事件分发出去。
使用一个select线程就能监听多个通道上的事件，并给予事件驱动触发相应的响应。而不需要为每个channel去分配一个线程。
SelectionKey
包含了事件的状态信息和时间对应的通道的绑定。
原文来自：
http://www.iteye.com/topic/834447
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