简介
jdk7中新增了一些与文件(网络)I/O相关的一些api。这些API被称为NIO.2，或称为AIO(Asynchronous I/O)。AIO最大的一个特性就是异步能力，这种能力对socket与文件I/O都起作用。AIO其实是一种在读写操作结束之前允许进行其他操作的I/O处理。AIO是对JDK1.4中提出的同步非阻塞I/O(NIO)的进一步增强。
关于NIO,之前的一篇文章可以看看：java中的NIO
jdk7主要增加了三个新的异步通道:
- AsynchronousFileChannel: 用于文件异步读写；
- AsynchronousSocketChannel: 客户端异步socket；
- AsynchronousServerSocketChannel: 服务器异步socket。
因为AIO的实施需充分调用OS参与，IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。
前提概念
在具体看AIO之前，我们需要知道一些必要的前提概念。
Unix中的I/O模型
Unix定义了五种I/O模型
- 阻塞I/O
- 非阻塞I/O
- I/O复用（select、poll、linux 2.6种改进的epoll）
- 信号驱动IO（SIGIO）
- 异步I/O（POSIX的aio_系列函数）
一个戏谑的例子：
如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭：
- 同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那等着，还要一边喊：好了没啊！
- 同步非阻塞：在饭馆点完餐，就去遛狗了。不过溜一会儿，就回饭馆喊一声：好了没啊！
- 异步阻塞：遛狗的时候，接到饭馆电话，说饭做好了，让您亲自去拿。
- 异步非阻塞：饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心遛狗就可以了。
详情参见文章末尾的他山之石-Unix下五种IO模型。
Reactor与Proactor
- 两种IO多路复用方案:Reactor and Proactor。
- Reactor模式是基于同步I/O的，而Proactor模式是和异步I/O相关的。
- reactor：能收了你跟俺说一声。proactor: 你给我收十个字节，收好了跟俺说一声。
详情参见文章末尾的他山之石-IO设计模式：Reactor和Proactor对比。
异步的处理
异步无非是通知系统做一件事情。然后忘掉它，自己做其他事情去了。很多时候系统做完某一件事情后需要一些后续的操作。怎么办？这时候就是告诉异步调用如何做后续处理。通常有两种方式：
- 将来式: 当你希望主线程发起异步调用，并轮询等待结果的时候使用将来式;
- 回调式: 常说的异步回调就是它。
以文件读取为例
将来式
将来式用现有的Java.util.concurrent技术声明一个Future,用来保存异步操作的处理结果。通常用Future get()方法（带或不带超时参数）在异步IO操作完成时获取其结果。
AsynchronousFileChannel会关联线程池，它的任务是接收IO处理事件，并分发给负责处理通道中IO操作结果的结果处理器。跟通道中发起的IO操作关联的结果处理器确保是由线程池中的某个线程产生。
将来式例子：
Path path = Paths.get("/data/code/github/java_practice/src/main/resources/1log4j.properties");
AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
Future future = channel.read(buffer,0);
// while (!future.isDone()){
// System.out.println("I'm idle");
// }
Integer readNumber = future.get();
buffer.flip();
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
CharsetDecoder decoder = Charset.defaultCharset().newDecoder();
decoder.decode(buffer,charBuffer,false);
charBuffer.flip();
String data = new String(charBuffer.array(),0, charBuffer.limit());
System.out.println("read number:" + readNumber);
System.out.println(data);
回调式
回调式所采用的事件处理技术类似于Swing UI编程采用的机制。基本思想是主线程会派一个侦查员CompletionHandler到独立的线程中执行IO操作。这个侦查员将带着IO的操作的结果返回到主线程中，这个结果会触发它自己的completed或failed方法（要重写这两个方法）。在异步IO活动结束后，接口java.nio.channels.CompletionHandler会被调用，其中V是结果类型，A是提供结果的附着对象。此时必须已经有了该接口completed（V,A）和failed(V,A)方法的实现，你的程序才能知道异步IO操作成功或失败时该如何处理。
回调式例子：
Path path = Paths.get("/data/code/github/java_practice/src/main/resources/1log4j.properties");
AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
channel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " read success!");
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
System.out.println("read error");
}
});
while (true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
Thread.sleep(1000);
}
异步socket client操作
AsynchronousSocketChannel channel = AsynchronousSocketChannel.open();
channel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888)).get();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("中文,你好".getBytes());
Future future = channel.write(buffer);
future.get();
System.out.println("send ok");
异步socket server操作
final AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel
.open()
.bind(new InetSocketAddress("0.0.0.0",8888));
channel.accept(null, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(final AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {
channel.accept(null, this);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(Integer result_num, ByteBuffer attachment) {
attachment.flip();
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
CharsetDecoder decoder = Charset.defaultCharset().newDecoder();
decoder.decode(attachment,charBuffer,false);
charBuffer.flip();
String data = new String(charBuffer.array(),0, charBuffer.limit());
System.out.println("read data:" + data);
try{
client.close();
}catch (Exception e){}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
System.out.println("read error");
}
});
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
System.out.println("accept error");
}
});
while (true){
Thread.sleep(1000);
}
他山之石
- java中的NIO: http://www.jianshu.com/p/a33f741fe450
- Unix下五种IO模型:
http://www.cnblogs.com/virusolf/p/4946975.html - IO设计模式: Reactor和Proactor对比:
https://segmentfault.com/a/1190000002715832 - proactor: http://www.laputan.org/pub/sag/proactor.pdf
- Java7中增加的新特性:
http://wn398.github.io/2014/04/01/Java7%E4%B8%AD%E5%A2%9E%E5%8A%A0%E7%9A%84%E6%96%B0%E7%89%B9%E6%80%A7/ - 基于Java NIO2实现的异步非阻塞消息通信框架:
http://codepub.cn/2016/02/26/Asynchronous-non-blocking-message-communication-framework-based-on-Java-NIO2/ - Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍:
http://www.52im.net/thread-306-1-1.html - java aio 编程: http://colobu.com/2014/11/13/java-aio-introduction/
- [高并发Java 八] NIO和AIO: https://my.oschina.net/hosee/blog/615269
都看到这里了，成神之路上，要不要一起？
