Java IO编程全解（五）——AIO编程

时间 2019-11-06

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　　前面讲到：Java IO编程全解（四）——NIO编程java

　　NIO2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。异步通道提供两种方式获取操做结果。编程

经过java.util.concurrent.Future类来表示异步操做的结果；
在执行异步操做的时候传入一个java.nio.channels。

　　CompletionHandler接口的实现类做为操做完成的回调。服务器

　　NIO2.0的异步套接字通道是真正的异步非阻塞I/O，它对UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO），它不须要经过多路复用器（Selector）对注册的通道进行轮询操做便可实现异步读写，从而简化了NIO的编程模型。微信

　　下面经过代码来熟悉NIO2.0 AIO的相关类库，仍旧以时间服务器为例程进行讲解。网络

1.AIO建立的TimeServer源码分析

package joanna.yan.aio;

public class TimeServer {

    public static void main(String[] args) {
        int port=9090;
        if(args!=null&&args.length>0){
            try {
                port=Integer.valueOf(args[0]);
            } catch (Exception e) {
                // 采用默认值
            }
        }
        
        AsyncTimeServerHandler timeServer=new AsyncTimeServerHandler(port);
        new Thread(timeServer,"AIO-AsyncTimeServerHandler-001").start();
    }
}

package joanna.yan.aio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class AsyncTimeServerHandler implements Runnable{
    private int port;
    CountDownLatch latch;
    AsynchronousServerSocketChannel asynchronousServerSocketChannel;
    
    public AsyncTimeServerHandler(int port){
        this.port=port;
        try {
            //建立一个异步的服务端通道AsynchronousServerSocketChannel
            asynchronousServerSocketChannel=AsynchronousServerSocketChannel.open();
            asynchronousServerSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
            System.out.println("The time server is start in port: "+port);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        /*
         *初始化CountDownLatch对象。 
         *它的做用是，在完成一组正在执行的操做以前，容许当前的线程一直阻塞。
         *在本例中，咱们让线程在此阻塞，防止服务器执行完成退出。
         *在实际项目应用中，不须要启动独立的线程来处理AsynchronousServerSocketChannel，这里仅仅是个demo演示。
         */
        latch=new CountDownLatch(1);
        doAccept();
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 接收客户端的链接。
     * 因为这里是异步操做。咱们能够传递一个CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A>类型
     * 的handler实例接收accept操做成功的通知消息
     */
    public void doAccept() {
        asynchronousServerSocketChannel.accept(this, new AcceptCompletionHandler());
    }
}

package joanna.yan.aio;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
/**
 * 接收accept操做成功的通知消息
 * @author Administrator
 *
 */
public class AcceptCompletionHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,AsyncTimeServerHandler>{

    @Override
    public void completed(AsynchronousSocketChannel result,
            AsyncTimeServerHandler attachment) {
        /*
         * 疑惑：既然已经接收客户端成功了，为何还要再次调用accept方法呢？
         * 缘由：当咱们调用AsynchronousServerSocketChannel的accept方法后，若是有新的客户端链接接入，
         * 系统将回调咱们传入的CompletionHandler实例的completed方法，表示新的客户端已经接入成功，
         * 由于一个AsynchronousServerSocketChannel能够接收成千上万个客户端，因此咱们须要继续调用它的accep方法，
         * 接收其余的客户端链接，最终造成一个循环。
         * 每当接收一个客户读链接成功以后，再异步接收新的客户端链接。
         */
        attachment.asynchronousServerSocketChannel.accept(attachment, this);
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        /*
         * 参数一：接收缓冲区，用于从异步Channel中读取数据包；
         * 参数二：异步Channel携带的附件，通知回调的时候做为入参使用；
         * 参数三：接收通知回调的业务handler
         */
        result.read(buffer, buffer, new ReadCompletionHandler(result));
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, AsyncTimeServerHandler attachment) {
        exc.printStackTrace();
        attachment.latch.countDown();
    } 
}

package joanna.yan.aio;

import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.util.Date;
/**
 * 主要用于读取半包消息和发送应答。
 * 本例不对半包读写进行具体说明，在后面的Netty半包处理中会介绍。
 * @author Administrator
 *
 */
public class ReadCompletionHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>{
    
    private AsynchronousSocketChannel channel;
    
    public ReadCompletionHandler(AsynchronousSocketChannel channel){
        if(this.channel==null){
            this.channel=channel;
        }
    }

    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        //为后续从缓冲区读取数据作准备
        attachment.flip();
        byte[] body=new byte[attachment.remaining()];
        attachment.get(body);
        
        try {
            String req=new String(body, "UTF-8");
            System.out.println("The time server receive order : "+req);
            String currentTime="QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(req) ? 
                    new Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD　ORDER";
            doWrite(currentTime);
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 发生异常的时候调用。
     * 对异常Throwable进行判断，若是是I/O异常，就关闭链路，释放资源；
     * 若是是其它异常，按照业务本身的逻辑进行处理。
     * 本例做为简单demo，没有对异常进行分类判断，只要发生了读写异常，就关闭链路，释放资源。
     */
    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
        try {
            this.channel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    private void doWrite(String currentTime) {
        if(currentTime!=null&&currentTime.trim().length()>0){
            byte[] bytes=currentTime.getBytes();
            ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.allocate(bytes.length);
            writeBuffer.put(bytes);
            writeBuffer.flip();
            
            channel.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {

                @Override
                public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {
                    //若是没有发送完成，继续发送
                    if(buffer.hasRemaining()){
                        channel.write(buffer, buffer, this);
                    }
                }

                @Override
                public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                    try {
                        channel.close();
                    } catch (IOException e) {
                        //ingnore on close
                    }
                }
            });
        }
    }
}

2.AIO建立的TimeClient源码分析

package joanna.yan.aio;

public class TimeClient {
    public static void main(String[] args) {
        int port=9090;
        if(args!=null&&args.length>0){
            try {
                port=Integer.valueOf(args[0]);
            } catch (Exception e) {
                // 采用默认值
            }
        }
        
        /*
         * 经过一个独立的I/O线程建立异步时间服务器客户端handler。
         * 在实际项目中，咱们不须要独立的线程建立异步链接对象，由于底层都是经过JDK的系统回调实现的。
         */
        new Thread(new AsyncTimeClientHandler("127.0.0.1", port),"AIO-AsyncTimeClientHandle-001").start();
    
        /*
         * 须要指出的是，正如以前的NIO例程，咱们并无完整的处理网络的半包读写，在对例程进行功能测试的是尚未问题，
         * 可是，若是对代码稍加改造，进行压力或者性能测试，就会发现输出结果存在问题。
         * 这里只集中将NIO的入门知识，后面会详细讲到半包读写
         */
    }
}

package joanna.yan.aio;

import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class AsyncTimeClientHandler implements CompletionHandler<Void, AsyncTimeClientHandler>,Runnable{
    
    private AsynchronousSocketChannel client;
    private String host;
    private int port;
    private CountDownLatch latch;
    
    public AsyncTimeClientHandler(String host,int port){
        this.host=host;
        this.port=port;
        try {
            client=AsynchronousSocketChannel.open();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    @Override
    public void completed(Void result, AsyncTimeClientHandler attachment) {
        byte[] req="QUERY TIME ORDER".getBytes();
        ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.allocate(req.length);
        writeBuffer.put(req);
        writeBuffer.flip();
        client.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {//用于写操做完成后的回调

            @Override
            public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {
                if(buffer.hasRemaining()){
                    client.write(buffer, buffer, this);
                }else{
                    ByteBuffer readBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                    client.read(readBuffer, readBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>(){//当读取完成被JDK回调时，构造应答消息。

                        @Override
                        public void completed(Integer result,
                                ByteBuffer buffer) {
                            buffer.flip();
                            byte[] bytes=new byte[buffer.remaining()];
                            buffer.get(bytes);
                            String body;
                            try {
                                body=new String(bytes, "UTF-8");
                                System.out.println("Now is : "+body);
                                latch.countDown();
                            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }

                        @Override
                        public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                            try {
                                client.close();
                                //让AsyncTimeClientHandler线程执行完毕，客户端退出执行
                                latch.countDown();
                            } catch (IOException e) {
                                //ingnore on close
                            }
                        }   
                    });
                }
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                try {
                    client.close();
                    latch.countDown();
                } catch (IOException e) {
                    //ingnore on close
                }
            }
        });
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, AsyncTimeClientHandler attachment) {
        exc.printStackTrace();
        try {
            client.close();
            latch.countDown();
        } catch (IOException e) {
            //ingnore on close
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        //建立CountDownLatch进行等待，防止异步操做没有执行完成线程就退出。
        latch=new CountDownLatch(1);
        /*
         * 参数二：AsynchronousSocketChannel的附件，用于回调通知时做为入参被传递，调用者能够自定义
         * 参数三：异步参数回调通知接口，由调用者实现。
         */
        client.connect(new InetSocketAddress(host, port), this, this);
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            client.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　异步SocketChannel是被动执行对象，咱们不须要像NIO编程那样建立一个独立I/O线程来处理读写操做。对于AsynchronousServerSocketChannel和 AsynchronousSocketChannel，它们都由JDK底层的线程池负责回调并驱动读写操做。正由于如此，基于NIO2.0新的异步非阻塞Channel进行编程比NIO编程更为简单。异步

　　后面，咱们将对前面讲到的4种I/O进行概念澄清和比较，让你们从总体上掌握这些I/O模型的差别。以便在将来的工做中可以根据产品的实际状况选择合适的I/O模型。async

Java IO编程全解（六）——4种I/O的对比与选型ide

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