在开始NIO的学习之前，先对I/O的模型有一个理解，这对NIO的学习是绝对有好处的。我画一张图，简单表示一下数据从外部磁盘向运行中进程的内存区域移动的过程：
这张图片明显忽略了很多细节，只涉及了基本操作，下面分析一下这张图。
用户空间和内核空间
一个计算机通常有一定大小的内存空间，如一台计算机有4GB的地址空间，但是程序并不能完全使用这些地址空间，因为这些地址空间是被划分为用户空间和内核空间的。程序只能使用用户空间的内存，这里所说的使用是指程序能够申请的内存空间，并不是真正访问的地址空间。下面看下什么是用户空间和内核空间：
1、用户空间
用户空间是常规进程所在的区域，什么是常规进程，打开任务管理器看到的就是常规进程：
JVM就是常规进程，驻守于用户空间，用户空间是非特权区域，比如在该区域执行的代码不能直接访问硬件设备。
2、内核空间
内核空间主要是指操作系统运行时所使用的用于程序调度、虚拟内存的使用或者连接硬件资源等的程序逻辑。内核代码有特别的权利，比如它能与设备控制器通讯，控制着整个用于区域进程的运行状态。和I/O相关的一点是：所有I/O都直接或间接通过内核空间。
那么，为什么要划分用户空间和内核空间呢？这也是为了保证操作系统的稳定性和安全性。用户程序不可以直接访问硬件资源，如果用户程序需要访问硬件资源，必须调用操作系统提供的接口，这个调用接口的过程也就是系统调用。每一次系统调用都会存在两个内存空间之间的相互切换，通常的网络传输也是一次系统调用，通过网络传输的数据先是从内核空间接收到远程主机的数据，然后再从内核空间复制到用户空间，供用户程序使用。这种从内核空间到用户控件的数据复制很费时，虽然保住了程序运行的安全性和稳定性，但是牺牲了一部分的效率。
最后，如何分配用户空间和内核空间的比例也是一个问题，是更多地分配给用户空间供用户程序使用，还是首先保住内核有足够的空间来运行，还是要平衡一下。在当前的Windows 32位操作系统中，默认用户空间：内核空间的比例是1:1，而在32位Linux系统中的默认比例是3:1（3GB用户空间、1GB内核空间）。
进程执行I/O操作的步骤
缓冲区，以及缓冲区如何工作，是所有I/O的基础。所谓"输入/输出"讲的无非也就是把数据移入或移出缓冲区。
进程执行I/O操作，归结起来，就是向操作系统发出请求，让它要么把缓冲区里的数据排干净（写），要么用数据把缓冲区填满（读）。进程利用这一机制处理所有数据进出操作，操作系统内部处理这一任务的机制，其复杂程度可能超乎想像，但就概念而言，却非常直白易懂，从上面的图，可以总结一下进程执行I/O操作的几步：
1、进程使用底层函数read()，建立和执行适当的系统调用，要求其缓冲区被填满，此时控制权移交给内核
2、内核随即向磁盘控制硬件发出命令，要求其从磁盘读取数据
3、磁盘控制器和数据直接写入内核内存缓冲区，这一步通过DMA完成，无需主CPU协助。这里多提一句，关于DMA，可以百度一下，它是现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载，大大提升了整个系统的效率
4、一盘磁盘控制器把缓冲区填满，内核随即把数据从内核空间的临时缓冲区拷贝到进程执行read()调用时指定的缓冲区
5、进程从用户空间的缓冲区中拿到数据
当然，如果内核空间里已经有数据了，那么该数据只需要简单地拷贝出来即可。至于为什么不能直接让磁盘控制器把数据送到用户空间的缓冲区呢？最简单的一个理由就是，硬件通常不能直接访问用户空间。
同步和异步、阻塞和非阻塞
有了上面对于I/O的理解，我们就可以理解一下同步和异步的区别了。