NIO为原始类型(boolean除外)提供缓存支持的数据容器，使用他们可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
在 Linux 系统下，socket 连接默认是阻塞模式，可以将 socket 设置成非阻塞模式。
1.同步非阻塞IO流程
在 NIO 模型中，应用程序一旦开始 IO 系统调用，就会出现以下两种情况：
（1）在内核缓冲区中没有数据的情况下，系统调用会立即返回一个调用失败的信息。
（2）在内核缓冲区中有数据的情况下，在数据的复制过程中系统调用是阻塞的，直到完成数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区。复制完成后，系统调用返回成功，用户进程（或者线程）可以开始处理用户空间的缓冲区数据。
NIO流程如下图所示：
举个例子，发起一个非阻塞 socket 的 read 操作的系统调用，流程如下：
（1）在内核数据没有准备好的阶段，用户线程发起 IO 请求时立即返回。所以，为了读取最终的数据，用户进程（或者线程）需要不断地发起 IO 系统调用。
（2）内核数据到达后，用户进程（或者线程）发起系统调用，用户进程（或者线程）阻塞。内核开始复制数据，它会将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区，然后内核返回结果（例如返回复制到的用户缓冲区的字节数）。
（3）用户进程（或者线程）读到数据后，才会解除阻塞状态，重新运行起来。也就是说，用户空间需要经过多次尝试才能保证最终真正读到数据，而后继续执行。
1.1.NIO 的特点
应用程序的线程需要不断地进行 IO 系统调用，轮询数据是否已经准备好，如果没有准备好就继续轮询，直到完成 IO 系统调用为止。
1.2.NIO 的优点
每次发起的 IO 系统调用在内核等待数据过程中可以立即返回，用户线程不会阻塞，实时性较好。
1.3.NIO 的缺点
不断地轮询内核，这将占用大量的 CPU 时间，效率低下。
2.同步非阻塞IO模型
模型如下图所示：
应用程序可从buffer中读取数据。
NIO三大组件为：Channel、Buffer、Selector。
2.1.Channel
Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，通道就像是流，而且他们面向缓冲区（Buffer）的。所有数据都通过Buffer对象来处理，永远不会将字节直接写入通道中，而是将数据写入包含一个或多个字节的缓冲区。也不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。
Channel是读写数据的双向通道，可以从Channel将数据读取Buffer,也可将Buffer的数据写入Channel，而之前的Stream要么是输入（InputStream）、要么是输出（OutputStream），只在一个方向上流通。 而通道（Channel）可以用于读、写或者同时用于读写。
常见的Channel有以下四种：
（1）FileChannel：文件通道，用于文件的读写。
（2）DatagramChannel：UDP通道，用于监听UDP请求和发送UDP请求。
（3）SocketChannel：TCP通道，用于发起TCP请求。
（4）ServerSocketChannel：用于服务端监听外部过来的TCP请求。
NIO的读操作就是将数据从Channel读到Buffer中，进行后续处理，调用方法如下：
channel.read(buffer)NIO的写操作就是将数据从Buffer中写入到Channel中，调用方法如下：
channel.write(buffer)2.2.Buffer
Buffer的本质就是内存块，所有的数据读写都要依赖这个，我们可以将数据写入到这个内存块，然后从这个内存块读取数据。
Buffer缓冲区用来读写数据，常见的Buffer有：ByteBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer、CharBuffer。
每一种Buffer都可以理解为一个数组，有几个重要属性：position、limit、capacity。如下图所示：
position 的初始值是 0，每往 Buffer 中写入一个值，position 就自动加 1，代表下一次的写入位置。读操作的时候也是类似的，每读一个值，position 就自动加 1。
Buffer可以读写模式切换，从写操作模式到读操作模式切换的时候（flip），position 都会归零，这样就可以从头开始读写了。
写操作模式下，limit 代表的是最大能写入的数据，这个时候 limit 等于 capacity。写结束后，切换到读模式，此时的 limit 等于 Buffer 中实际的数据大小，因为 Buffer 不一定被写满了。
Buffer的使用案例如下代码所示：
// 创建一个Buffer对象
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 从Channel中读取数据到Buffer中
int num = channel.read(buf);
// 将Buffer中的数据写入到Channel中。
int num = channel.write(buf);2.3.Selector
在多线程模式下，BIO时，一个线程只能处理一个请求，比如http请求，当请求响应式关闭连接，释放线程资源。Selector选择器的作用就是配合一个线程来管理多个Channel，获取这些Channel上发生的事件，这些Channel工作在非阻塞模式下，不会让线程一直在一个Channel上，适合连接数特别多，但流量低的场景。
调用Selector的select()方法会阻塞直到Channel发送了读写就绪事件，这些事件发生，select()方法就会返回这些事件交给thread来处理。
Selector的使用案例如下代码所示：
Selector selector = Selector.open();
// 将通道设置为非阻塞模式，因为默认都是阻塞模式的
channel.configureBlocking(false);
// 注册
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);Selector有四个事件：
（1）SelectKey.OP_ACCEPT：接收TCP连接
（2）SelectKey.OP_READ：通道有数据可以读
（3）SelectKey.OP_WRITE：通道有数据可以写
（4）SelectKey.OP_CONNECT：成功建立TCP连接
非阻塞IO核心是一个Selector管理多个通道，将各个通道注册到 Selector 上，指定监听的事件，之后可以只用一个线程来轮询这个 Selector，看看上面是否有通道是准备好的，当通道准备好可读或可写，然后才去开始真正的读写，这样速度就很快了。
Selector底层实现有三种方式。
2.3.1.select模式
缺点：
（1）单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制
（2）内核 / 用户空间内存拷贝问题，select需要复制大量的句柄数据结构，产生巨大的开销
（3）Select返回的是含有整个句柄的数组，应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生了事件
（4）select的触发方式是水平触发，应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作，那么之后每次select调用还是会将这些文件描述符通知进程。
2.3.2.poll模式
相比select模型，poll使用链表保存文件描述符，因此没有了监视文件数量的限制，但其他三个缺点依然存在。
select 和 poll 都有一个共同的问题，那就是它们都只会告诉你有几个通道准备好了，但是不会告诉你具体是哪几个通道。所以，一旦知道有通道准备好以后，自己还是需要进行一次扫描，显然这个不太好，通道少的时候还行，一旦通道的数量是几十万个以上的时候，扫描一次的时间都很可观了，时间复杂度 O(n)。
2.3.3.epoll模式
通过红黑树和双链表数据结构，并结合回调机制，造就了epoll的高效，解决了select/poll缺点。
每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体，用于存放通过epoll_ctl方法向epoll对象中添加进来的事件，这些事件都会挂载在红黑树中。而所有添加到epoll中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系，也就是说，当相应的事件发生时会调用这个回调方法。这个回调方法在内核中叫ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。
（1）调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)
（2）调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字
（3）调用epoll_wait收集发生的事件的连接
3.NIO简单demo
Server端代码如下所示：
public class SelectorServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
server.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
// 将其注册到 Selector 中，监听 OP_ACCEPT 事件
server.configureBlocking(false);
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
// 需要不断地去调用 select() 方法获取最新的准备好的通道
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) {
continue;
}
Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();
// 遍历
Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
if (key.isAcceptable()) {
// 有已经接受的新的到服务端的连接
SocketChannel socketChannel = server.accept();
// 有新的连接并不代表这个通道就有数据，
// 这里将这个新的 SocketChannel 注册到 Selector，监听 OP_READ 事件，等待数据
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
// 有数据可读
// 上面一个 if 分支中注册了监听 OP_READ 事件的 SocketChannel
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int num = socketChannel.read(readBuffer);
if (num > 0) {
// 处理进来的数据...
System.out.println("收到数据：" + new String(readBuffer.array()).trim());
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
} else if (num == -1) {
// -1 代表连接已经关闭
socketChannel.close();
}
} else if (key.isWritable()) {
// 通道可写
// 给用户返回数据的通道可以进行写操作了
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("返回给客户端的数据...".getBytes());
socketChannel.write(buffer);
// 重新注册这个通道，监听 OP_READ 事件，客户端还可以继续发送内容过来
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
}
}
}
}Client端代码与BIO相同。