我們首先需要澄清一個概念：NIO到底是什麼的簡稱？有人稱之為New I/O，因為它相對于之前的I/O類庫是新增的，是以被稱為New I/O，這是它的官方叫法。但是，由于之前老的I/O類庫是阻塞I/O，New I/O類庫的目标就是要讓Java支援非阻塞I/O，是以，更多的人喜歡稱之為非阻塞I/O（Non-block I/O），由于非阻塞I/O更能夠展現NIO的特點。
與Socket類和ServerSocket類相對應，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不同的套接字通道實作。這兩種新增的通道支援阻塞和非阻塞兩種模式。阻塞模式使用非常簡單，但是性能和可靠性都不好，非阻塞模式則正好相反。開發人員一般可以根據自己的需要來選擇合适的模式，一般來說，低負載、低并發的應用程式可以選擇同步阻塞I/O以降低程式設計複雜度，但是對于高負載、高并發的網絡應用，需要使用NIO的非阻塞模式進行開發。
新的輸入/輸出（NIO）庫是在JDK 1.4中引入的。NIO彌補了原來同步阻塞I/O的不足，它在标準Java代碼中提供了高速的、面向塊的I/O。通過定義包含資料的類，以及通過以塊的形式處理這些資料，NIO不用使用本機代碼就可以利用低級優化，這是原來的I/O包所無法做到的。
1.緩沖區Buffer
我們首先介紹緩沖區（Buffer）的概念，Buffer是一個對象，它包含一些要寫入或者要讀出的資料。在NIO類庫中加入Buffer對象，展現了新庫與原I/O的一個重要差別。在面向流的I/O中，可以将資料直接寫入或者将資料直接讀到Stream對象中。
在NIO庫中，所有資料都是用緩沖區處理的。在讀取資料時，它是直接讀到緩沖區中的；在寫入資料時，寫入到緩沖區中。任何時候通路NIO中的資料，都是通過緩沖區進行操作。
緩沖區實質上是一個數組。通常它是一個位元組數組（ByteBuffer），也可以使用其他種類的數組。但是一個緩沖區不僅僅是一個數組，緩沖區提供了對資料的結構化通路以及維護讀寫位置（limit）等資訊。
最常用的緩沖區是ByteBuffer，一個ByteBuffer提供了一組功能用于操作byte數組。除了ByteBuffer，還有其他的一些緩沖區，事實上，每一種Java基本類型（除了Boolean類型）都對應有一種緩沖區，具體如下:
ByteBuffer：位元組緩沖區
CharBuffer：字元緩沖區
ShortBuffer：短整型緩沖區
IntBuffer：整形緩沖區
LongBuffer：長整形緩沖區
FloatBuffer：浮點型緩沖區
DoubleBuffer：雙精度浮點型緩沖區
每一個Buffer類都是Buffer接口的一個子執行個體。除了ByteBuffer，每一個 Buffer類都有完全一樣的操作，隻是它們所處理的資料類型不一樣。因為大多數标準I/O操作都使用ByteBuffer，是以它除了具有一般緩沖區的操作之外還提供一些特有的操作，友善網絡讀寫。
2.通道Channel
Channel是一個通道，可以通過它讀取和寫入資料，它就像自來水管一樣，網絡資料通過Channel讀取和寫入。通道與流的不同之處在于通道是雙向的，流隻是在一個方向上移動（一個流必須是InputStream或者OutputStream的子類），而且通道可以用于讀、寫或者同時用于讀寫。
因為Channel是全雙工的，是以它可以比流更好地映射底層作業系統的API。特别是在UNIX網絡程式設計模型中，底層作業系統的通道都是全雙工的，同時支援讀寫操作。
自頂向下看，前三層主要是Channel接口，用于定義它的功能，後面是一些具體的功能類（抽象類），從類圖可以看出，實際上Channel可以分為兩大類：分别是用于網絡讀寫的SelectableChannel和用于檔案操作的FileChannel。
3.多路複用器Selector
多路複用器Selector，它是Java NIO程式設計的基礎，熟練地掌握Selector對于掌握NIO程式設計至關重要。多路複用器提供選擇已經就緒的任務的能力。簡單來講，Selector會不斷地輪詢注冊在其上的Channel，如果某個Channel上面有新的TCP連接配接接入、讀和寫事件，這個Channel就處于就緒狀态，會被Selector輪詢出來，然後通過SelectionKey可以擷取就緒Channel的集合，進行後續的I/O操作。
一個多路複用器Selector可以同時輪詢多個Channel，由于JDK使用了epoll()代替傳統的select實作，是以它并沒有最大連接配接句柄1024/2048的限制。這也就意味着隻需要一個線程負責Selector的輪詢，就可以接入成千上萬的用戶端，這确實是個非常巨大的進步。
下面，我們對NIO服務端的主要建立過程進行講解和說明，作為NIO的基礎入門，我們将忽略掉一些在生産環境中部署所需要的一些特性和功能。
步驟一：打開ServerSocketChannel，用于監聽用戶端的連接配接，它是所有用戶端連接配接的父管道，代碼示例如下。
ServerSocketChannel acceptorSvr = ServerSocketChannel.open();
步驟二：綁定監聽端口，設定連接配接為非阻塞模式，示例代碼如下。
acceptorSvr.socket().bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName(“IP”), port));
acceptorSvr.configureBlocking(false);
步驟三：建立Reactor線程，建立多路複用器并啟動線程，代碼如下。
Selector selector = Selector.open();
new Thread(new ReactorTask()).start();
步驟四：将ServerSocketChannel注冊到Reactor線程的多路複用器Selector上，監聽ACCEPT事件，代碼如下。
SelectionKey key = acceptorSvr.register( selector, SelectionKey.OP_ACCEPT, ioHandler);
步驟五：多路複用器線上程run方法的無限循環體内輪詢準備就緒的Key，代碼如下。
int num = selector.select();
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();
// ... deal with I/O event ...
}
步驟六：多路複用器監聽到有新的用戶端接入，處理新的接入請求，完成TCP三向交握，建立實體鍊路，代碼示例如下。
SocketChannel channel = svrChannel.accept();
步驟七：設定用戶端鍊路為非阻塞模式，示例代碼如下。
channel.configureBlocking(false);
channel.socket().setReuseAddress(true);
......
步驟八：将新接入的用戶端連接配接注冊到Reactor線程的多路複用器上，監聽讀操作，用來讀取用戶端發送的網絡消息，代碼如下。
SelectionKey key = socketChannel.register( selector, SelectionKey.OP_READ, ioHandler);
步驟九：異步讀取用戶端請求消息到緩沖區，示例代碼如下。
int readNumber = channel.read(receivedBuffer);
步驟十：對ByteBuffer進行編解碼，如果有半包消息指針reset，繼續讀取後續的封包，将解碼成功的消息封裝成Task，投遞到業務線程池中，進行業務邏輯編排。
Object message = null;
while(buffer.hasRemain())
{
byteBuffer.mark();
Object message = decode(byteBuffer);
if (message == null)
{
byteBuffer.reset();
break;
}
messageList.add(message );
if (!byteBuffer.hasRemain())
byteBuffer.clear();
else
byteBuffer.compact();
if (messageList != null & !messageList.isEmpty())
for(Object messageE : messageList)
handlerTask(messageE);
步驟十一：将POJO對象encode成ByteBuffer，調用SocketChannel的異步write接口，将消息異步發送給用戶端，示例代碼如下。
socketChannel.write(buffer);
注意：如果發送區TCP緩沖區滿，會導緻寫半包，此時，需要注冊監聽寫操作位，循環寫，直到整包消息寫入TCP緩沖區。
步驟一：打開SocketChannel，綁定用戶端本地位址（可選，預設系統會随機配置設定一個可用的本地位址），示例代碼如下。
SocketChannel clientChannel = SocketChannel.open();
步驟二：設定SocketChannel為非阻塞模式，同時設定用戶端連接配接的TCP參數，示例代碼如下。
clientChannel.configureBlocking(false);
socket.setReuseAddress(true);
socket.setReceiveBufferSize(BUFFER_SIZE);
socket.setSendBufferSize(BUFFER_SIZE);
步驟三：異步連接配接服務端，示例代碼如下。
boolean connected=clientChannel.connect(new InetSocketAddress(“ip”,port));
步驟四：判斷是否連接配接成功，如果連接配接成功，則直接注冊讀狀态位到多路複用器中，如果目前沒有連接配接成功（異步連接配接，傳回false，說明用戶端已經發送sync包，服務端沒有傳回ack包，實體鍊路還沒有建立），示例代碼如下。
if (connected)
clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_READ, ioHandler);
clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_CONNECT, ioHandler);
步驟五：向Reactor線程的多路複用器注冊OP_CONNECT狀态位，監聽服務端的TCP ACK應答，示例代碼如下。
步驟六：建立Reactor線程，建立多路複用器并啟動線程，代碼如下。
Selector selector = Selector.open();
new Thread(new ReactorTask()).start();
步驟七：多路複用器線上程run方法的無限循環體内輪詢準備就緒的Key，代碼如下。
SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();
// ... deal with I/O event ...
步驟八：接收connect事件進行處理，示例代碼如下。
if (key.isConnectable())
handlerConnect();
步驟九：判斷連接配接結果，如果連接配接成功，注冊讀事件到多路複用器，示例代碼如下。
if (channel.finishConnect())
registerRead();
步驟十：注冊讀事件到多路複用器，示例代碼如下。
clientChannel.register( selector, SelectionKey.OP_READ, ioHandler);
步驟十一：異步讀用戶端請求消息到緩沖區，示例代碼如下。
步驟十二：對ByteBuffer進行編解碼，如果有半包消息接收緩沖區Reset，繼續讀取後續的封包，将解碼成功的消息封裝成Task，投遞到業務線程池中，進行業務邏輯編排，示例代碼如下。
步驟十三：将POJO對象encode成ByteBuffer，調用SocketChannel的異步write接口，将消息異步發送給用戶端，示例代碼如下。
我們發現NIO程式設計難度确實比同步阻塞BIO大很多，我們的NIO例程并沒有考慮“半包讀”和“半包寫”，如果加上這些，代碼将會更加複雜。NIO代碼既然這麼複雜，為什麼它的應用卻越來越廣泛呢，使用NIO程式設計的優點總結如下。
（1）用戶端發起的連接配接操作是異步的，可以通過在多路複用器注冊OP_CONNECT等待後續結果，不需要像之前的用戶端那樣被同步阻塞。
（2）SocketChannel的讀寫操作都是異步的，如果沒有可讀寫的資料它不會同步等待，直接傳回，這樣I/O通信線程就可以處理其他的鍊路，不需要同步等待這個鍊路可用。
（3）線程模型的優化：由于JDK的Selector在Linux等主流作業系統上通過epoll實作，它沒有連接配接句柄數的限制（隻受限于作業系統的最大句柄數或者對單個程序的句柄限制），這意味着一個Selector線程可以同時處理成千上萬個用戶端連接配接，而且性能不會随着用戶端的增加而線性下降，是以，它非常适合做高性能、高負載的網絡伺服器。
JDK1.7更新了NIO類庫，更新後的NIO類庫被稱為NIO2.0，引人注目的是，Java正式提供了異步檔案I/O操作，同時提供了與UNIX網絡程式設計事件驅動I/O對應的AIO。