AIO 理论简介

1、NIO 2.0 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。异步通道提供了以下两种方式获取操作结果。

1）通过 java.util.concurrent.Future 类来实现异步操作的结果
2）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。
NIO 2.0 的异步套接字通道是真正的异步非阻塞 I/O，对应与 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。

AIO 编程

1、本文仍然以一个简单的通信例子讲解服务端与客户端的编码流程，先开启服务器，在开启客户端，客户端开启后自动发送一条消息给服务器，然后服务器收到消息后返回一条消息。

服务端

TimeServer

package com.lct.aio;import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.* 时间服务器*/
public class TimeServer {public static void main(String[] args) {/**新开一个线程处理 AIO 服务器通信* 实际项目中视实际情况决定是否开子线程*/AsyncTimeServerHandler asyncTimeServerHandler = new AsyncTimeServerHandler();new Thread(asyncTimeServerHandler).start();/**AIO 因为是异步非阻塞，所以并不会像 BIO 一样进行阻塞的进行监听，也不会像 NIO 一样使用多路复用器* 轮询准备就绪的管道。所以为了防止程序退出，这里使用倒计数锁存器让 主线程一直阻塞，应用一直运行*/CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程：主线程开始阻塞，等待 AIO 服务器通信.....");latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

AsyncTimeServerHandler

package com.lct.aio;import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.*/
public class AsyncTimeServerHandler implements Runnable {/*** AsynchronousServerSocketChannel：异步服务器通道*/AsynchronousServerSocketChannel asynchronousServerSocketChannel;public AsyncTimeServerHandler() {try {/*** 创建异步服务器通道* 绑定端口*/asynchronousServerSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();SocketAddress inetAddress = new InetSocketAddress(8080);asynchronousServerSocketChannel.bind(inetAddress);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程：AIO 服务器初始化完成...");/*** <A> void accept(A attachment,CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A> handler)* 异步服务器套接字通道的 accept 方法用于接受客户端连接* 因为是异步操作，可以传递一个自定义的 CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A> 实例* 将来客户端连接成功时，会在 AcceptCompletionHandler 中进行处理*/asynchronousServerSocketChannel.accept(this, new AcceptCompletionHandler());}
}

AcceptCompletionHandler

package com.lct.aio;import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.* 自定义 CompletionHandler 实例作为 handler 来接收通知消息* CompletionHandler<V,A> 接口一共两个方法，要注意相互之间的反射参数*/
public class AcceptCompletionHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AsyncTimeServerHandler> {/*** 客户端连接成功时，自动进入此方法** @param result* @param attachment*/@Overridepublic void completed(AsynchronousSocketChannel result, AsyncTimeServerHandler attachment) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程：客户端连接成功...");/*** 从 attachment 获取成员变量 AsynchronousServerSocketChannel，然后继续调用它的 accept 方法接收客户端* 调用 AsynchronousServerSocketChannel 的 accept 方法后，如果有新的客户端连接接入，系统将回调传入的 CompletionHandler 实例-* 的 completed 方法，表示新的客户端连接成功。* 因为一个 AsynchronousServerSocketChannel 可以接收成千上万个客户端，所以需要继续调用它的 accept 方法接收其它客户端的连接，最终形成一个循环。* 每当接收一个客户端连接成功之后，再异步接收新的客户端连接。*/attachment.asynchronousServerSocketChannel.accept(attachment, this);/*** read(ByteBuffer dst,A attachment,CompletionHandler<Integer,? super A> handler)* 从这个通道读取字节序列到给定缓冲区,启动异步读取操作* 预分配 1 M 的字节缓冲数组，调用 AsynchronousSocketChannel 进行异步读取操作* dst：接收缓冲区，用于从异步 Channel 中读取数据包* attachment：异步 Channel 携带的附件，通知回调的时候作为参数使用* handler：接收通知回调的业务 Handler* 这里为了读取数据更加清晰，又新建一个类进行处理，实际视需求而定，可以没必要拆分这么细*/ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);result.read(buffer, buffer, new ReadCompletionHandler(result));}@Overridepublic void failed(Throwable exc, AsyncTimeServerHandler attachment) {exc.printStackTrace();}
}

ReadCompletionHandler

package com.lct.aio;import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.* 对客户端发送来的消息进行读取以及回复消息*/
public class ReadCompletionHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {/*** 将 AsynchronousSocketChannel 作为成员变量传入，用于读取和发送消息*/private AsynchronousSocketChannel channel;public ReadCompletionHandler(AsynchronousSocketChannel channel) {if (this.channel == null) {this.channel = channel;}}/*** 客户端发送消息过来时，自动进入此方法** @param result* @param attachment*/@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {/*** 反转此缓冲区,为后续从缓冲区读取数据做准备* 根据缓冲区的可读字节数创建字节数组，然后将字节转为字符串，指定编码*/attachment.flip();byte[] body = new byte[attachment.remaining()];attachment.get(body);try {String req = new String(body, "UTF-8");System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程：接收到客户端消息：" + req);doWrite("服务器已经接收到消息\"" + req + "\"");} catch (UnsupportedEncodingException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {try {if (this.channel != null) {this.channel.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 给客户端返回消息** @param meg*/private void doWrite(String meg) {byte[] bytes = meg.getBytes();ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);writeBuffer.put(bytes);writeBuffer.flip();/*** write 异步写方法，与 read 一样有三个同样的参数*/channel.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {/**如果没有发送完成，则继续发送*/if (buffer.hasRemaining()) {channel.write(buffer, buffer, this);}}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {try {channel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}
}

客户端

TimeClient

package com.lct.aio;import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.* 时间客户端*/
public class TimeClient {public static void main(String[] args) {/*** 开3个线程，模拟三个客户端通信*/for (int i=0;i<3;i++){AsyncTimeClientHandler asyncTimeClientHandler = new AsyncTimeClientHandler();new Thread(asyncTimeClientHandler).start();}}
}

AsyncTimeClientHandler

package com.lct.aio;import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** Created by Administrator on 2018/10/27 0027.* 时间客户端处理器*/
public class AsyncTimeClientHandler implements CompletionHandler<Void, AsyncTimeClientHandler>, Runnable {/*** AsynchronousSocketChannel：异步套接字管道* latch：为了防止通信的子线程在业务没有完成之前关闭 client,所以使用倒计数锁存器* 当给服务器发送消息，然后接收服务器回复后，关闭 client，同时线程结束*/private AsynchronousSocketChannel client;private CountDownLatch latch;public AsyncTimeClientHandler() {try {/**创建异步套接字管道*/client = AsynchronousSocketChannel.open();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {latch = new CountDownLatch(1);/*** 发起异步连接操作* connect(SocketAddress remote,A attachment,CompletionHandler<Void,? super A> handler)* remote：服务器地址* attachment：AsynchronousSocketChannel 的附件，用于回调通知时作为入参被传递，可以自定义* handler：异步操作回调通知接口*/SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("192.168.1.20", 8080);client.connect(socketAddress, this, this);/**在这里让通信线程强制阻塞，否则因为是异步的原因会导致线程提前结束*/try {latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}/**业务完成后，关闭通信管道，线程退出*/try {client.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 异步连接成功时，自动进入此方法** @param result* @param attachment*/@Overridepublic void completed(Void result, AsyncTimeClientHandler attachment) {/*** 异步发送消息* 与服务器完全类似，如果缓冲区数据未发生完毕，则继续异步发送* 如果发送完成，则执行异步读取操作*/String message = "我是客户端 " + Thread.currentThread().getName();final byte[] bytes = message.getBytes();ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);writeBuffer.put(bytes);writeBuffer.flip();client.write(writeBuffer, writeBuffer,new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, final ByteBuffer buffer) {if (buffer.hasRemaining()) {client.write(buffer, buffer, this);} else {/**当消息发送完毕后，然后在这里进行异步读取服务器返回的消息*/ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);client.read(readBuffer, readBuffer,new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer byteBuffer) {byteBuffer.flip();byte[] bytes1 = new byte[byteBuffer.remaining()];byteBuffer.get(bytes1);try {String body = new String(bytes1, "UTF-8");System.out.println("收到服务器回复：" + body);latch.countDown();} catch (UnsupportedEncodingException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {try {client.close();latch.countDown();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer buffer) {try {client.close();latch.countDown();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}@Overridepublic void failed(Throwable exc, AsyncTimeClientHandler attachment) {try {client.close();latch.countDown();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

测试结果

1、先启动服务器，然后启动客户端，控制台信息如下：

注意事项：示例中并没有完整的处理网络的半包读写，虽然在普通的环境下没有问题，但是如果进行压力或者性能测试，就会发现结果并不是预期结果。

对于半包读写之后会在详细介绍。

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