java 异步机制与同步机制的区别

上一篇 / 下一篇  2009-03-08 19:12:59


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所谓异步输入输出机制，是指在进行输入输出处理时，不必等到输入输出处理完毕才返回。所以异步的同义语是非阻塞（None Blocking）。
 
网上有很多网友用很通俗的比喻  把同步和异步讲解的很透彻 转过来
 
举个例子：普通B/S模式（同步）AJAX技术（异步） 
          同步：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事 
          异步:  请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕
 
同步就是你叫我去吃饭，我听到了就和你去吃饭；如果没有听到，你就不停的叫，直到我告诉你听到了，才一起去吃饭。 
异步就是你叫我，然后自己去吃饭，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃饭。 
所以，要我请你吃饭就用同步的方法，要请我吃饭就用异步的方法，这样你可以省钱。
 
 
以通讯为例 
          同步:发送一个请求,等待返回,然后再发送下一个请求 
          异步:发送一个请求,不等待返回,随时可以再发送下一个请求 
          并发:同时发送多个请求
 
 
 
下面再转一段关于java异步应用的文章
 
       用异步输入输出流编写Socket进程通信程序
    在Merlin中加入了用于实现异步输入输出机制的应用程序接口包：java.nio（新的输入输出包，定义了很多基本类型缓冲(Buffer)），java.nio.channels(通道及选择器等，用于异步输入输出)，java.nio.charset（字符的编码解码）。通道(Channel)首先在选择器(Selector)中注册自己感兴趣的事件，当相应的事件发生时，选择器便通过选择键(SelectionKey)通知已注册的通道。然后通道将需要处理的信息，通过缓冲（Buffer）打包，编码/解码,完成输入输出控制。
          通道介绍：
    这里主要介绍ServerSocketChannel和SocketChannel.它们都是可选择的(selectable)通道，分别可以工作在同步和异步两种方式下（注意，这里的可选择不是指可以选择两种工作方式，而是指可以有选择的注册自己感兴趣的事件）。可以用channel.configureBlocking(Boolean )来设置其工作方式。与以前版本的API相比较，ServerSocketChannel就相当于ServerSocket (ServerSocketChannel封装了ServerSocket),而SocketChannel就相当于Socket（SocketChannel封装了Socket）。当通道工作在同步方式时，编程方法与以前的基本相似，这里主要介绍异步工作方式。
所谓异步输入输出机制，是指在进行输入输出处理时，不必等到输入输出处理完毕才返回。所以异步的同义语是非阻塞（None Blocking）。在服务器端，ServerSocketChannel通过静态函数open()返回一个实例serverChl。然后该通道调用serverChl.socket().bind()绑定到服务器某端口，并调用register（Selector sel, SelectionKey.OP_ACCEPT）注册OP_ACCEPT事件到一个选择器中（ServerSocketChannel只可以注册OP_ACCEPT事件）。当有客户请求连接时，选择器就会通知该通道有客户连接请求，就可以进行相应的输入输出控制了；在客户端，clientChl实例注册自己感兴趣的事件后（可以是OP_CONNECT,OP_READ,OP_WRITE的组合），调用clientChl.connect (InetSocketAddress )连接服务器然后进行相应处理。注意，这里的连接是异步的，即会立即返回而继续执行后面的代码。
          选择器和选择键介绍：
    选择器（Selector）的作用是：将通道感兴趣的事件放入队列中，而不是马上提交给应用程序，等已注册的通道自己来请求处理这些事件。换句话说，就是选择器将会随时报告已经准备好了的通道，而且是按照先进先出的顺序。那么，选择器是通过什么来报告的呢？选择键(SelectionKey)。选择键的作用就是表明哪个通道已经做好了准备，准备干什么。你也许马上会想到，那一定是已注册的通道感兴趣的事件。不错，例如对于服务器端serverChl来说，可以调用key.isAcceptable()来通知serverChl有客户端连接请求。相应的函数还有：SelectionKey.isReadable(),SelectionKey.isWritable()。一般的，在一个循环中轮询感兴趣的事件（具体可参照下面的代码）。如果选择器中尚无通道已注册事件发生，调用Selector.select()将阻塞，直到有事件发生为止。另外，可以调用selectNow()或者select(long timeout)。前者立即返回，没有事件时返回0值；后者等待timeout时间后返回。一个选择器最多可以同时被63个通道一起注册使用。
 
           应用实例：
    下面是用异步输入输出机制实现的客户/服务器实例程序�D�D程序清单1（限于篇幅，只给出了服务器端实现，读者可以参照着实现客户端代码）：
public class NBlockingServer {
    int port = 8000;
    int BUFFERSIZE = 1024;
    Selector selector = null;
    ServerSocketChannel serverChannel = null;
    HashMap clientChannelMap = null;//用来存放每一个客户连接对应的套接字和通道
    public NBlockingServer( int port ) {
        this.clientChannelMap = new HashMap();
        this.port = port;
    }
    public void initialize() throws IOException {
      //初始化，分别实例化一个选择器，一个服务器端可选择通道
      this.selector = Selector.open();
      this.serverChannel = ServerSocketChannel.open();
      this.serverChannel.configureBlocking(false);
      InetAddress localhost = InetAddress.getLocalHost();
      InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress(localhost, this.port );
      this.serverChannel.socket().bind(isa);//将该套接字绑定到服务器某一可用端口
    }
    //结束时释放资源
    public void finalize() throws IOException {
        this.serverChannel.close();
        this.selector.close();
    }
    //将读入字节缓冲的信息解码
    public String decode( ByteBuffer byteBuffer ) throws 
CharacterCodingException {
        Charset charset = Charset.forName( "ISO-8859-1" );
        CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
        CharBuffer charBuffer = decoder.decode( byteBuffer );
        String result = charBuffer.toString();
        return result;
    }
    //监听端口，当通道准备好时进行相应操作
    public void portListening() throws IOException, InterruptedException {
      //服务器端通道注册OP_ACCEPT事件
      SelectionKey acceptKey =this.serverChannel.register( this.selector,
                                           SelectionKey.OP_ACCEPT );
        //当有已注册的事件发生时,select()返回值将大于0
        while (acceptKey.selector().select() > 0 ) {
            System.out.println("event happened");
            //取得所有已经准备好的所有选择键
            Set readyKeys = this.selector.selectedKeys();
            //使用迭代器对选择键进行轮询
            Iterator i = readyKeys.iterator();
            while (i.hasNext()) {
                SelectionKey key = (SelectionKey)i.next();
                i.remove();//删除当前将要处理的选择键
                if ( key.isAcceptable() ) {//如果是有客户端连接请求
                    System.out.println("more client connect in!");
                    ServerSocketChannel nextReady =
                        (ServerSocketChannel)key.channel();
                    //获取客户端套接字
                    Socket s = nextReady.accept();
                    //设置对应的通道为异步方式并注册感兴趣事件
                    s.getChannel().configureBlocking( false );
                    SelectionKey readWriteKey =
                        s.getChannel().register( this.selector,
                            SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE  );
                    //将注册的事件与该套接字联系起来
readWriteKey.attach( s );
//将当前建立连接的客户端套接字及对应的通道存放在哈希表//clientChannelMap中
                    this.clientChannelMap.put( s, new 
ClientChInstance( s.getChannel() ) );
                    }
                else if ( key.isReadable() ) {//如果是通道读准备好事件
                    System.out.println("Readable");
                    //取得选择键对应的通道和套接字
                    SelectableChannel nextReady =
                        (SelectableChannel) key.channel();
                    Socket socket = (Socket) key.attachment();
                    //处理该事件，处理方法已封装在类ClientChInstance中
                    this.readFromChannel( socket.getChannel(),
                    (ClientChInstance)
this.clientChannelMap.get( socket ) );
                }
                else if ( key.isWritable() ) {//如果是通道写准备好事件
                    System.out.println("writeable");
                    //取得套接字后处理，方法同上
                    Socket socket = (Socket) key.attachment();
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) 
socket.getChannel();
                    this.writeToChannel( channel,"This is from server!");
                }
            }
        }
    }
    //对通道的写操作
    public void writeToChannel( SocketChannel channel, String message ) 
throws IOException {
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap( message.getBytes()  );
        int nbytes = channel.write( buf );
    }
     //对通道的读操作
    public void readFromChannel( SocketChannel channel, ClientChInstance clientInstance )
    throws IOException, InterruptedException {
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate( BUFFERSIZE );
        int nbytes = channel.read( byteBuffer );
        byteBuffer.flip();
        String result = this.decode( byteBuffer );
        //当客户端发出”@exit”退出命令时，关闭其通道
        if ( result.indexOf( "@exit" ) >= 0 ) {
            channel.close();
        }
        else {
                clientInstance.append( result.toString() );
                //读入一行完毕，执行相应操作
                if ( result.indexOf( "\n" ) >= 0 ){
                System.out.println("client input"+result);
                clientInstance.execute();
                }
        }
    }
    //该类封装了怎样对客户端的通道进行操作，具体实现可以通过重载execute()方法
    public class ClientChInstance {
        SocketChannel channel;
        StringBuffer buffer=new StringBuffer();
        public ClientChInstance( SocketChannel channel ) {
            this.channel = channel;
        }
        public void execute() throws IOException {
            String message = "This is response after reading from channel!";
            writeToChannel( this.channel, message );
            buffer = new StringBuffer();
        }
        //当一行没有结束时，将当前字窜置于缓冲尾
        public void append( String values ) {
            buffer.append( values );
        }
    }
    //主程序
    public static void main( String[] args ) {
        NBlockingServer nbServer = new NBlockingServer(8000);
        try {
            nbServer.initialize();
        } catch ( Exception e ) {
            e.printStackTrace();
            System.exit( -1 );
        }
        try {
            nbServer.portListening();
        }
        catch ( Exception e ) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 
小结：
从以上程序段可以看出，服务器端没有引入多余线程就完成了多客户的客户/服务器模式。该程序中使用了回调模式(CALLBACK)，细心的读者应该早就看出来了。需要注意的是，请不要将原来的输入输出包与新加入的输入输出包混用，因为出于一些原因的考虑，这两个包并不兼容。即使用通道时请使用缓冲完成输入输出控制。该程序在Windows2000,J2SE1.4下，用telnet测试成功。