I/O是机器获取和交换信息的主要渠道，而流是完成I/O操作的主要方式。
流分为输入流（InputStream）和输出流（OutputStream）。
在Java的I/O操作类的包下，InputStream，OutputStream以及Reader和Writer类是I/O包中的4个基本类，分别用来处理字节流和字符流。
字节是文件的最小存储单元，为什么还会出现字符流呢？因为我们在字节到字符的时候必须经过转码，这是一个耗时的过程，所以Java直接提供了一个字符流的操作接口。
BIO
传统的IO模型是同步阻塞IO，也称为BIO，所谓同步阻塞，就是指在程序在执行IO过程中，需要等待IO的操作完成，这期间线程处于阻塞状态，不能去处理别的事情。
在传统 I/O 中，InputStream 的 read() 是一个 while 循环操作，它会一直等待数据读取，直到数据就绪才会返回。这就意味着如果没有数据就绪，这个读取操作将会一直被挂起，用户线程将会处于阻塞状态。在少量连接请求的情况下，使用这种方式没有问题，响应速度也很高。但在发生大量连接请求时，就需要创建大量监听线程，这时如果线程没有数据就绪就会被挂起，然后进入阻塞状态。一旦发生线程阻塞，这些线程将会不断地抢夺 CPU 资源，从而导致大量的 CPU 上下文切换，增加系统的性能开销。
具体IO的操作流程如下：
- JVM 会发出 read() 系统调用，并通过 read 系统调用向内核发起读请求；
- 内核向硬件发送读指令，并等待读就绪；
- 内核把将要读取的数据复制到指向的内核缓存中；
- 操作系统内核将数据复制到用户空间缓冲区，然后 read 系统调用返回。
在这个过程中，数据先从外部设备复制到内核空间，再从内核空间复制到用户空间，这就发生了两次内存复制操作。这种操作会导致不必要的数据拷贝和上下文切换，从而降低 I/O 的性能。
多线程下的BIO模型如上所示，需要通过serverSocket监听所有Socket接口，以便获取通知。
NIO
面对BIO的性能问题，操作系统以及编程语言都进行了优化，提出了非阻塞式IO模型-NIO。
NIO是基于channel（管道）和Buffer（缓冲区）来进行操作的，程序对文件的IO操作必须通过Channel完成，而对Channel的读写必须通过Buffer。
Selector（多路复用器）是NIO中实现非阻塞模式的关键，我们可以用它对各个通道注册比较感兴趣的事件，并调用其select()方法检查和获取各个通道中产生的响应事件的集合，必须新建连接、通道可读、通道可写。这一个机制使我们通过一个线程来一次处理这些事件，而不需要每个通道都启动一个线程。
多路复用器的工作模式：
Buffer（缓冲区）是IO读写都会用到缓冲区，Java提供了一个从堆外分配空间的方法 ByteBuffer.allocateDirect(1024) 以及堆内分配空间的方法 ByteBuffer.allocate(1024)；两者都可以实现回收，区别是堆内存访问要比直接内存慢一点，但是便于回收；直接内存分配内存慢一点，但是分配的直接内存会在Buffer对象回收的时候回收，那意味着，如果不处罚Full GC，是不会进行垃圾回收的。
直接内存具体操作流程如下：
如果单纯使用 Java 堆内存进行数据拷贝，当拷贝的数据量比较大的情况下，Java 堆的 GC 压力会比较大，而使用非堆内存可以减低 GC 的压力。DirectBuffer 则是直接将步骤简化为数据直接保存到非堆内存，从而减少了一次数据拷贝。
AIO
java1.7之后，NIO基础上进行了改建，NIO2.0。其中最重要的就是新增了异步非阻塞IO， 即JAVA AIO。
AIO是由操作系统在IO操作完成后主动通知调用者。在性能方面，AIO的IO过程需要充分调动操作系统参与。因此不同的操作系统存在差异，Linux通过epoll机制来模拟实现AIO，而windows操作系统则通过IOCP机制来实现AIO。