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JDK AIO编程
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获取操作结果。
- 通过java.util.concurrent.Future类来表示异步操作的结果；
- 在执行异步操作的时候传入一个java.nio.channels。
CompletionHandler接口的实现类作为操作完成的回调。
NIO2.0的异步套接字通道是真正的异步非阻塞I/O，它对应UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO），它不需要通过多路复用器（Selector）对注册的通道进行轮询操作即可实现异步读写，从而简化了NIO的编程模型。
服务端代码示例：
import java.io.IOException; public class TimeServer { public static void main(String[] args) throws IOException { int port = 8080; if (args != null && args.length > 0) { try { port = Integer.valueOf(args[0]); } catch (NumberFormatException e) { // 采用默认值 } } //首先创建异步的时间服务器处理类，然后启动线程将AsyncTimeServerHandler启动 AsyncTimeServerHandler timeServer = new AsyncTimeServerHandler(port); new Thread(timeServer, "AIO-AsyncTimeServerHandler-001").start(); } } import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel; import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel; import java.nio.channels.CompletionHandler; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class AsyncTimeServerHandler implements Runnable { CountDownLatch latch; AsynchronousServerSocketChannel asynchronousServerSocketChannel; public AsyncTimeServerHandler(int port) { //在构造方法中，我们首先创建一个异步的服务端通道AsynchronousServerSocketChannel， //然后调用它的bind方法绑定监听端口，如果端口合法且没被占用，绑定成功，打印启动成功提示到控制台。 try { 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() { //在线程的run方法中，初始化CountDownLatch对象， //它的作用是在完成一组正在执行的操作之前，允许当前的线程一直阻塞。 //在本例程中，我们让线程在此阻塞，防止服务端执行完成退出。 //在实际项目应用中，不需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(); } } //用于接收客户端的连接，由于是异步操作， //我们可以传递一个CompletionHandler＜AsynchronousSocketChannel,? super A＞类型的handler实例接收accept操作成功的通知消息， //在本例程中我们通过AcceptCompletionHandler实例作为handler来接收通知消息， public void doAccept() { asynchronousServerSocketChannel.accept(this, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AsyncTimeServerHandler>() { @Override public void completed(AsynchronousSocketChannel result, AsyncTimeServerHandler attachment) { //我们从attachment获取成员变量AsynchronousServerSocketChannel，然后继续调用它的accept方法。 //在此可能会心存疑惑：既然已经接收客户端成功了，为什么还要再次调用accept方法呢？ //原因是这样的：当我们调用AsynchronousServerSocketChannel的accept方法后， //如果有新的客户端连接接入，系统将回调我们传入的CompletionHandler实例的completed方法， //表示新的客户端已经接入成功，因为一个AsynchronousServerSocket Channel可以接收成千上万个客户端， //所以我们需要继续调用它的accept方法，接收其他的客户端连接，最终形成一个循环。 //每当接收一个客户读连接成功之后，再异步接收新的客户端连接。 attachment.asynchronousServerSocketChannel.accept(attachment, this); //链路建立成功之后，服务端需要接收客户端的请求消息， //创建新的ByteBuffer，预分配1M的缓冲区。 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //通过调用AsynchronousSocketChannel的read方法进行异步读操作。 //下面我们看看异步read方法的参数。 //ByteBuffer dst：接收缓冲区，用于从异步Channel中读取数据包； //A attachment：异步Channel携带的附件，通知回调的时候作为入参使用； //CompletionHandler＜Integer,? super A＞：接收通知回调的业务handler，本例程中为ReadCompletionHandler。 result.read(buffer, buffer, new ReadCompletionHandler(result)); } @Override public void failed(Throwable exc, AsyncTimeServerHandler attachment) { exc.printStackTrace(); attachment.latch.countDown(); } }); } } import java.io.IOException; import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel; import java.nio.channels.CompletionHandler; public class ReadCompletionHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> { private AsynchronousSocketChannel channel; public ReadCompletionHandler(AsynchronousSocketChannel channel) { //将AsynchronousSocketChannel通过参数传递到ReadCompletion Handler中当作成员变量来使用 //主要用于读取半包消息和发送应答。本例程不对半包读写进行具体说明 if (this.channel == null) this.channel = channel; } @Override public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) { //读取到消息后的处理，首先对attachment进行flip操作，为后续从缓冲区读取数据做准备。 attachment.flip(); //根据缓冲区的可读字节数创建byte数组 byte[] body = new byte[attachment.remaining()]; attachment.get(body); try { //通过new String方法创建请求消息，对请求消息进行判断， //如果是"QUERY TIME ORDER"则获取当前系统服务器的时间， String req = new String(body, "UTF-8"); System.out.println("The time server receive order : " + req); String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(req) ? new java.util.Date( System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER"; //调用doWrite方法发送给客户端。 doWrite(currentTime); } catch (UnsupportedEncodingException e) { e.printStackTrace(); } } private void doWrite(String currentTime) { if (currentTime != null && currentTime.trim().length() > 0) { //首先对当前时间进行合法性校验，如果合法，调用字符串的解码方法将应答消息编码成字节数组， //然后将它复制到发送缓冲区writeBuffer中， byte[] bytes = (currentTime).getBytes(); ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length); writeBuffer.put(bytes); writeBuffer.flip(); //最后调用AsynchronousSocketChannel的异步write方法。 //正如前面介绍的异步read方法一样，它也有三个与read方法相同的参数， //在本例程中我们直接实现write方法的异步回调接口CompletionHandler。 channel.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() { @Override public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) { //对发送的writeBuffer进行判断，如果还有剩余的字节可写，说明没有发送完成，需要继续发送，直到发送成功。 if (buffer.hasRemaining()) channel.write(buffer, buffer, this); } @Override public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) { //关注下failed方法，它的实现很简单，就是当发生异常的时候，对异常Throwable进行判断， //如果是I/O异常，就关闭链路，释放资源， //如果是其他异常，按照业务自己的逻辑进行处理,如果没有发送完成，继续发送. //本例程作为简单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。 try { channel.close(); } catch (IOException e) { // ingnore on close } } }); } } @Override public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) { try { this.channel.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }
客户端代码示例：
public class TimeClient { public static void main(String[] args) { int port = 8080; //通过一个独立的I/O线程创建异步时间服务器客户端handler， //在实际项目中，我们不需要独立的线程创建异步连接对象，因为底层都是通过JDK的系统回调实现的. new Thread(new AsyncTimeClientHandler("127.0.0.1", port), "AIO-AsyncTimeClientHandler-001").start(); } } 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; //首先通过AsynchronousSocketChannel的open方法创建一个新的AsynchronousSocketChannel对象。 public AsyncTimeClientHandler(String host, int port) { this.host = host; this.port = port; try { client = AsynchronousSocketChannel.open(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } @Override public void run() { //创建CountDownLatch进行等待，防止异步操作没有执行完成线程就退出。 latch = new CountDownLatch(1); //通过connect方法发起异步操作，它有两个参数， //A attachment：AsynchronousSocketChannel的附件，用于回调通知时作为入参被传递，调用者可以自定义； //CompletionHandler＜Void,? super A＞ handler：异步操作回调通知接口，由调用者实现。 client.connect(new InetSocketAddress(host, port), this, this); try { latch.await(); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); } try { client.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } //异步连接成功之后的方法回调——completed方法 @Override public void completed(Void result, AsyncTimeClientHandler attachment) { //创建请求消息体，对其进行编码，然后复制到发送缓冲区writeBuffer中， //调用Asynchronous SocketChannel的write方法进行异步写。 //与服务端类似，我们可以实现CompletionHandler ＜Integer, ByteBuffer＞接口用于写操作完成后的回调。 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>() { @Override public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) { //如果发送缓冲区中仍有尚未发送的字节，将继续异步发送，如果已经发送完成，则执行异步读取操作。 if (buffer.hasRemaining()) { client.write(buffer, buffer, this); } else { //客户端异步读取时间服务器服务端应答消息的处理逻辑 ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); //调用AsynchronousSocketChannel的read方法异步读取服务端的响应消息。 //由于read操作是异步的，所以我们通过内部匿名类实现CompletionHandler＜Integer，ByteBuffer＞接口, //当读取完成被JDK回调时，构造应答消息。
client.read(readBuffer,readBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() { @Override public void completed(Integer result,ByteBuffer buffer) { //从CompletionHandler的ByteBuffer中读取应答消息，然后打印结果。 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) { //当读取发生异常时，关闭链路， //同时调用CountDownLatch的countDown方法让AsyncTimeClientHandler线程执行完毕，客户端退出执行。 try { client.close(); 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) { e.printStackTrace(); } } }
需要指出的是，正如之前的NIO例程，我们并没有完整的处理网络的半包读写，在对例程进行功能测试的时候没有问题，但是，如果对代码稍加改造，进行压力或者性能测试，就会发现输出结果存在问题。
通过打印线程堆栈的方式看下JDK回调异步Channel CompletionHandler的调用情况:
从“Thread-2”线程堆栈中可以发现，JDK底层通过线程池ThreadPoolExecutor来执行回调通知，异步回调通知类由sun.nio.ch.AsynchronousChannelGroupImpl实现，它经过层层调用，最终回调com.phei.netty.aio.AsyncTimeClientHandler$1.completed方法，完成回调通知。
由此我们也可以得出结论：异步SocketChannel是被动执行对象，我们不需要像NIO编程那样创建一个独立的I/O线程来处理读写操作。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作。
正因为如此，基于NIO2.0新的异步非阻塞Channel进行编程比NIO编程更为简单。
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