提到NIO网络编程，就不得不提一下NIO中的三大组件： Buffer、Channel、Selector，JDK源码开发者在这里用了很通用形象的三个词语，去分别赋予三个类的抽象含义，Buffer即缓冲，Channel即管道，Selector为选择器，因为底层实现机制的复杂， 便于开发者的理解用了这三个词语去定义NIO的核心类，但是除了表面上的这层含义，Java开发者还是需要去花点时间，真正深入了解其背后的原理实现。
一、Buffer缓冲区
读NIO源码会发现Buffer最终是实现了一个在内存中的字节数组，所以一个 Buffer 本质上是内存中的一块，我们可以将数据写入这块内存，之后从这块内存获取数据。这一点改变了原有的IO方式，回忆一下原来的IO方式，我们的编程范式是从Stream流里去读取数据，一个一个字节的读取，读完以后就放在自己提前定义的数组对象里面，读取的时候只能顺序移动下标、且不能回溯，但是NIO的buffer不一样了，内部使用字节数组存储数据，并维护几个特殊变量，实现数据的反复利用。
首先用mark来备份当前的position，然后用position表示当前可以写入或读取数据的位置，再用capacity来表示缓存数组大小，最后还有一个表示剩余容量的limit参数，就像下面这张图的样子。
Buffer结构
Buffer提供了八种类型的Buffer，覆盖了能从 IO 中传输的所有的 Java 基本数据类型，但是在网络编程的场景下用的最多的还是ByteBuffer。
ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
JDK NIO原生的ByteBuffer功能虽然强大，但是在直接用于开发是有些费劲的，这时候经过Netty封装的ByteBuf则显得简单多了，ByteBuffer的实现类包括"HeapByteBuffer"和"DirectByteBuffer"两种，前者的Heap方式是基于堆内存使用的缓冲字节数组，而后者的Direct则是使用的堆外内存（系统内存）。
HeapByteBuf最终往下追溯allocateArray()方法，可以发现这个是直接实例化New出来的字节数组，毫无疑问就是交给JVM托管的对象了。
protected byte[] allocateArray(int initialCapacity) {
return new byte[initialCapacity];
}
而DirectByteBuffer追溯到最终的allocatDirect方法里，可以看到此处调用JDK的native方法去往堆外空间来分配对象数组。
二、Channel通道
1.Channel和Stream的区别
通道是对原来 IO 包中的Stream流的模拟，通过Channel这个对象，我们可以读取和写入数据，并且通过Channel的所有发送数据都要读到缓冲区Buffer中，所有要接收的数据都要写到缓冲区Buffer里。NIO中的Channel和IO中的Stream最显著的区别如下：
- 流是单向的，通道是双向的，可读可写。
- 流读写是阻塞的，通道可以异步读写。
- 流中的数据可以选择性的先读到缓存中，通道的数据总是要先读到一个缓存中，或从缓存中写入，如下所示：
解释一下为啥Stream流是单向的？之前用IO的方式去读写数据的时候，读写是要分离的，即必须要明确是InputStream还是OutputStream，而在Channel这里，一条连接客户端和服务端的Channel是共用的，NIO开发中可以利用channel.read()方法去读取socket缓冲区的数据，也可以通过channel.write()去刷出数据到客户端。Channel的实现类很多，这里需要重点了解的就是Socketchannel和ServerSocketChannel。
再解释一下为何流是阻塞的而通道不是？流的read和write都是同步操作，在Stream中调用读写方法时，必须要等IO操作完成以后才能执行下一步，需要顺序执行而没有异步的方式可以用。而NIO中Channel的读写是可以设置为非阻塞的，非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了，这种模式下须得在while循环中判断来调用write()。
String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
channel.write(buf);
}
2.Socketchannel
SocketChannel 暂时可以理解成一个 TCP 客户端（其实SocketChannel还可以作为服务端中Worker线程组要处理的TCP长连接），打开一个 TCP 连接的姿势如下：
// 打开一个通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 发起连接
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 80));
而读写数据的方式也很方便，读时read到缓冲buffer，写时刷出缓冲buffer即可：
// 读取数据
socketChannel.read(buffer);
// 写入数据到网络连接中
while(buffer.hasRemaining()) {
socketChannel.write(buffer);
}
3.ServerSocketChannel
ServerSocketChannel 可以理解为服务端，ServerSocketChannel 用于监听机器端口，管理从这个端口进来的 TCP 连接。
// 实例化
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 监听端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(80));
while (true) {
// 一旦有一个 TCP 连接进来，就对应创建一个 SocketChannel 进行处理
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
}
ServerSocketChannel 不和 Buffer 打交道了，因为它并不实际处理数据，它一旦接收到请求后，实例化 SocketChannel，之后在这个连接通道上的数据传递它就不管了，因为它需要继续监听端口，等待下一个连接；每一个TCP连接都分配给一个SocketChannel来处理了，读写都基于后面的SocketChannel，这部分其实也是网络编程中经典的Reactor设计模式。
三、Selector选择器
1.Selector原理
Selector是三大组件中的最C位的对象，Selector建立在非阻塞的基础之上，IO多路复用在Java中实现就是它，它做到了一个线程管理多个Channel，可以向Selector注册感兴趣的事件，当事件就绪，通过Selector.select()方法获取注册的事件，进行相应的操作。
具体的工作流程：Selecor通过一种类似于事件的机制来解决这个问题。首先你需要把你的连接，也就是 Channel 绑定到 Selector 上，然后你可以在接收数据的线程来调用 Selector.select() 方法来等待数据到来。这个 select 方法是一个阻塞方法，这个线程会一直卡在这儿，直到这些 Channel 中的任意一个有数据到来，就会结束等待返回数据。它的返回值是一个迭代器，你可以从这个迭代器里面获取所有 Channel 收到的数据，然后来执行你的数据接收的业务逻辑。既可以选择直接在这个线程里面来执行接收数据的业务逻辑，也可以将任务分发给其他的线程来执行，如何选择完全可以由你的代码来控制。
引用geektime.《消息队列高手课》
大致流程如下代码，也可以说是NIO编程的模板代码：
Selector selector = Selector.open();
// 实例化一个服务端的ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
//开启非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//绑定端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(1234));
//ServerSocketChannel注册selector，并表示关心连接事件
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
//没有socket就绪，select方法会被阻塞一段时间，并返回0
while (selector.select() > 0) {
//socket就绪则会返回具体的事件类型和数目
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
//遍历事件
Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
//根据事件类型，进行不同的处理逻辑；
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
if (key.isAcceptable()) {
...
} else if (key.isReadable() && key.isValid()) {
...
}
keys.remove(key);
}
}
一个服务端程序启动一个Selector，在Netty中一个NioEventLoop对应一个Selector，Netty在解决JDK NIO的epoll空轮询bug时，采用的策略是废弃原来的有问题的Selector，然后重建一个Selector。因此在Reactor的主从反应堆这里，不同的反应堆可以取不同的Selector事件来选择关心，可以用注册的事件有如下四种：
- SelectionKey.OP_CONNECT
- SelectionKey.OP_ACCEPT
- SelectionKey.OP_READ
- SelectionKey.OP_WRITE
例如主Reactor通常就是设计为关心的OP_ACCEPT，而从Reactor就更关心其余的读写以及连接状态事件。Selector中的select是实现多路复用的关键，这个方法会一直阻塞直到至少一个channel被选择(即该channel注册的事件发生了为止，除非当前线程发生中断或者selector的wakeup方法被调用。
Selector.select方法最终调用的是EPollSelectorImpl的doSelect方法，在深入远吗就会发现其中的subSelector.poll() ，这里是select的核心，由native函数poll0实现了（不忍心贴代码，看懂要花挺多的时间了）。
NIO三大件的工作流程：
所以将上面NIO的三大组件串起来，并结合Reactor设计模式用于网络编程开发的，基本模板代码思路就是如下：
- 首先创建
ServerSocketChannel对象，和真正处理业务的线程池 - 然后对上述
ServerSocketChannel对象进行绑定一个对应的端口，并设置为非阻塞 - 紧接着创建
Selector对象并打开，然后把这Selector对象注册到ServerSocketChannel中，并设置好监听的事件，监听SelectionKey.OP_ACCEPT。 - 接着就是
Selector对象进行死循环监听每一个Channel通道的事件，循环执行Selector.select()方法，轮询就绪的Channel。 - 从
Selector中获取所有的SelectorKey（这个就可以看成是不同的事件），如果SelectorKey是处于OP_ACCEPT状态，说明是新的客户端接入，调用ServerSocketChannel.accept接收新的客户端。 - 然后对这个把这个接受的新客户端的
Channel通道注册到ServerSocketChannel上，并且把之前的OP_ACCEPT状态改为SelectionKey.OP_READ读取事件状态，并且设置为非阻塞的，然后把当前的这个SelectorKey给移除掉，说明这个事件完成了 - 如果第5步的时候过来的事件不是
OP_ACCEPT状态，那就是OP_READ读取数据的事件状态，然后调用本文章的上面的那个读取数据的机制就可以了。
当然Netty的网络编程风格上要优化了许多，它的工作流程步骤：
- 创建 NIO 线程组
EventLoopGroup和ServerBootstrap。 - 设置
ServerBootstrap的属性：线程组、SO_BACKLOG 选项，设置NioServerSocketChannel为Channel，设置业务处理Handler - 绑定端口，启动服务器程序。
- 在业务处理
Handler处理器中，读取客户端发送的数据，并给出响应。
参考列表
1.不二程序.Java NIO三剑客详细剖析
2.玉刚说.面试官：什么是NIO？NIO的原理是什么？
3.占小狼的博客.深入浅出NIO之Selector实现原理
4.TheLudlows.NIO之终极Selctor源码分析
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