一、IO模型有哪些？
IO模型主要分为三类：BIO、NIO和AIO。
Java 中的 BIO、NIO和 AIO 理解为是 Java 语言对操作系统的各种 IO 模型的封装。程序员在使用这些 API 的时候，不需要关心操作系统层面的知识，也不需要根据不同操作系统编写不同的代码。只需要使用Java的API就可以了。
二、BIO
BIO是同步并阻塞IO，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有链接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个链接不做任何事情会造成不必要的线程开销。这样做的弊端是，如果服务器收到大量来自客户端的IO请求时，就需要大量的线程资源来处理这些请求，服务器资源很有可能被耗尽，高并发的情况下可能会导致大量的连接被挂起，服务器资源会严重不足；并且因为是同步阻塞模型，所以每个socket连接都需要服务器新建线程，哪怕是使用了线程池，也会因为线程之间的切换造成资源的损耗。
之所以使用多线程，主要原因在于socket.accept()、socket.read()、socket.write()三个主要函数都是同步阻塞的，当一个连接在处理I/O的时候，系统是阻塞的，如果是单线程的话必然就挂死在那里；但CPU是被释放出来的，开启多线程，就可以让CPU去处理更多的事情。其实这也是所有使用多线程的本质： 1. 利用多核。 2. 当I/O阻塞系统，但CPU空闲的时候，可以利用多线程使用CPU资源。
不过，这个模型最本质的问题在于，严重依赖于线程。但线程是很”贵”的资源，主要表现在： 1. 线程的创建和销毁成本很高，在Linux这样的操作系统中，线程本质上就是一个进程。创建和销毁都是重量级的系统函数。 2. 线程本身占用较大内存，像Java的线程栈，一般至少分配512K～1M的空间，如果系统中的线程数过千，恐怕整个JVM的内存都会被吃掉一半。 3. 线程的切换成本是很高的。操作系统发生线程切换的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用。如果线程数过高，可能执行线程切换的时间甚至会大于线程执行的时间，这时候带来的表现往往是系统load偏高、CPU sy使用率特别高（超过20%以上)，导致系统几乎陷入不可用的状态。 4. 容易造成锯齿状的系统负载。因为系统负载是用活动线程数或CPU核心数，一旦线程数量高但外部网络环境不是很稳定，就很容易造成大量请求的结果同时返回，激活大量阻塞线程从而使系统负载压力过大。
图片来自PHP中文网
三、NIO
NIO是同步非阻塞IO，服务器的实现模式为一个请求一个线程，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IO请求时才启动一个线程进行处理。用户进程也需要时不时询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停地去询问。由于所有读写操作都是由acceptor进行分发的，所以效率瓶颈主要在于acceptor。
回忆BIO模型，之所以需要多线程，是因为在进行I/O操作的时候，一是没有办法知道到底能不能写、能不能读，只能”傻等”，即使通过各种估算，算出来操作系统没有能力进行读写，也没法在socket.read()和socket.write()函数中返回，这两个函数无法进行有效的中断。所以除了多开线程另起炉灶，没有好的办法利用CPU。
而NIO的读写函数可以立刻返回，这就给了我们不开线程利用CPU的最好机会：如果一个连接不能读写（socket.read()返回0或者socket.write()返回0），我们可以把这件事记下来，记录的方式通常是在Selector上注册标记位，然后切换到其它就绪的连接（channel）继续进行读写。
图片来自美团技术团队
四、AIO
AIO是异步非阻塞IO，在此种模式下，用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回，等IO操作真正完成以后，应用程序会得到IO操作完成的通知，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的IO读写操作，因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。AIO需要一个连接去注册读写事件和回调方法，也就是说当读写操作进行时，我们只需要调用API中的read和write方法就行了。
缺点：
1、实现复杂。代码量太庞大；
2、需要额外的技能。也就是说你想要学号AIO，还需要java多线程的技术做铺垫才可以。否则我们很难写出质量高的代码。
3、一个著名的Selector空轮询bug。它会导致CPU100%，之前在我的群里面，有人曾经遇到过这个问题，而且官方说在1.6的版本中解决，但是现在还有。遇到的时候我们虽然可以解决但是不知道的人会很痛苦。
4、可靠性差。也就是说我们的网络状态是复杂多样的，会遇到各种各样的问题，比如说网断重连、缓存失效、半包读写等等。可靠性比较差。稍微出现一个问题，还需要大量的代码去完善。
五、适用场景
BIO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，但程序直观简单容易理解，jdk1.4之前的唯一选择；
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，并发局限于应用中，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并发操作，编程比较复杂，JDK1.7开始支持。
参考：
