对于网络I/O通信，其实站在应用程序的角度，就是面向Socket进行读写的过程，至于如何建立连接，数据包如何传输等问题则由TCP/IP以及更底层的协议保障，这些通常由操作系统和底层硬件负责实现，它们的目的就是希望能简化应用程序的开发。

在Linux系统中，一切皆文件，所以Socket也统一抽象为一个文件描述符，那么对应用程序来讲，收发消息就是对一个文件描述符进行读写。但是它与读写普通的本地磁盘文件也有区别，由于网络的延迟和不可靠性，在读Socket的过程中可能会有大量的时间花在等待数据包的到达上，因此如何提高应用程序在读写Socket过程中的响应性，就成了网络通信编程中一个很重要的问题。

针对网络I/O，Linux提供了五种IO模型，具体可以参考笔记

• Linux I/O模型

不过Java并没有全部支持，而是逐步选择支持了三种模型：
在JDK1.4之前，Java的IO模型只支持阻塞式IO(Blocking IO)，简称为BIO；
在JDK1.4时，Java支持了I/O多路复用模型， 简称NIO，即新IO模型，不过现在JDK1.8早已成为主流版本，已经没什么新鲜了，所以更多的人愿意将它理解为非阻塞I/O，即None-Blocking IO；
在JDK1.7时，Java对NIO包进行了升级，支持异步I/O(Asynchronous IO)，简称为AIO，因为是对nio包的升级，所有也称为NIO2.0；

Java在操作系统的基础上对I/O操作提供了更高级的Api封装，可以对这些Api进行一些粗略的分类，比如从数据格式的角度可以分为基于字节操作的InputStream和OutputStream，以及基于字符操作的Reader和Writer，从数据传输方式的角度可以分为基于磁盘操作的File和基于网络操作的Socket，其实在Java中，I/O主要考虑的就是以怎样的方式将怎样格式的数据进行传输的问题，然后从这两个方向考虑如何提高I/O操作的效率

由于I/O类库有很多类，很难对每个都介绍到位，这里只是简单从文件操作的场景对一些常用的Api做一些梳理，尽量从中去体会Java语言对于I/O操作支持和封装的思路，另外，如果想对I/O有更好的理解，最好先有如下准备知识：

• 计算机 输入输出系统
• Linux I/O模型

Channel 与 Stream 是一个级别，只不过 Stream 是单向的，比如InputStream或OutputStream，而 Channel 可以是单向的，也可以是双向的，既可以同时支持读和写操作，具体由其实现的接口所决定

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public interface ReadableByteChannel extends Channel {
    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
}
 
public interface WritableByteChannel extends Channel{
    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;
}

可以看到 read 和 write 方法接受的都是一个 ByteBuffer 参数，其中Channel.read是向ByteBuffer中put数据，然后应用从ByteBuffer中获取，而Channel.write是从ByteBuffer中get数据，然后发送给其他远程主机。两者均返回字节数，然后缓冲区的position位置也会前移对应的字节数，如果只进行了部分传输，缓冲区可以被重新提交给通道并从上次中断的地方继续传输，该过程可以重复进行直到缓冲区的hasRemaining()方法返回false

缓冲区 Buffer 是一个固定容量的数组，其作用是一个作为存储器，或者分段运输区，用于存储和检索数据。

队列同步器 AbstractQueuedSynchronizer（AQS），是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架。它使用一个int变量来表示同步状态，通过CAS操作对同步状态进行修改，确保状态的改变是安全的。通过内置的FIFO（First In First Out）队列来完成资源获取线程的排队工作。

AQS同步与synchronized同步是采用的两种不同的机制：

synchronized在编译后，会在同步块的前后分别添加monitorenter和monitorexit两个字节码指令，这两个指令需要关联一个监视对象，当线程执行monitorenter指令时，需要首先获得获得监视对象的锁，即进入同步块的凭证，才能进入同步块，当线程离开同步块时，执行monitorexit指令，释放对象锁。

AQS同步中，使用一个int类型的变量state来表示当前同步块的状态。以独占式同步为例，state的有效值为0和1，其中0表示当前同步块中没有线程，1表示同步块中已经有线程在执行。当线程要进入同步块时，需要首先判断state的值是否为0，假设为0，会尝试将state修改为1，只有修改成功了之后，线程才可以进入同步块，并通过CAS操作确保同一时刻只有一个线程操作成功。当线程离开同步块时，会修改state的值为0，并唤醒等待的线程。所以在AQS同步中，线程获得锁实际上是指线程成功修改了状态变量state，而释放锁就是是指线程将状态变量置为了可修改的状态，以便其他线程可以再次尝试修改状态变量

前面整理线程池时说过Executor是执行任务的抽象，而Runnable是任务的抽象。不过，线程池在实际提交任务时，会先将任务包装成一个FutureTask，以实现Future的语义，即异步获取任务结果的能力。FutureTask内部实际依赖的是一个Callable，并将任务的执行过程和结果获取委托给它，如果提交的是Runnable，那么也可以通过适配器RunnableAdapter<V>将其适配成一个Callable

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public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
    if (task == null)
        throw new NullPointerException();
    return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}

static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
    final Runnable task;
    final T result;
    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
        this.task = task;
        this.result = result;
    }
    public T call() {
        task.run();
        return result;
    }
}

相关类图可以如下所示：