Java 异步 IO

JDK 7 引入了 Asynchronous I/O, 即AIO。在进行 I/O 编程中, 常用到两种模式: Reactor 和 Proactor。 Java的NIO就是Reactor, 当有事件触发时, 服务器端得到通知, 进行相应的处理。 AIO即NIO2.0,叫做异步不阻塞的IO。 AIO引入异步通道的概念, 采用了 Proactor 模式, 简化了程序编写,有效的请求才启动线程, 它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理, 一般适用于连接。

异步IO功能的关键点,它们是Channel 类的一些子集,Channel在处理IO操作的时候需要被切换成一个后台进程。一些需要访问较大,耗时的操作,或是其它的类似实例,可以考虑应用此功能。

在这里只单独讲解针对文件IO操作的AsynchronousFileChannel,但是需要注意的是,还有一些其他的异步管道,包括:

  • AsynchronousFileChannel:针对文件;
  • AsynchronousSocketChannel :针对客户端的socket;
  • AsynchronousServerSocketChannel:针对服务器端的异步socket,用来接收到来的连接。

针对异步管道的交互有两种不同的方式:

  • Future 风格;
  • callback 风格。

0x01:Future风格的异步

这里需要使用Future 接口, 它可以被认为是一个正在进行的任务,也可能是尚未完成的任务。它有两个关键的方法:

isDone():返回一个布尔值来表示任务是否已经完成。

get():返回结果。如果任务完成,立即返回;否则,一直堵塞,直到完成。

看一段关于读取一个内容比较大的文件,或许超过100M的一个异步操作:

try(AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("input.txt"))) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024 * 100);
            Future<Integer> result = channel.read(buffer, 0);

            while(!result.isDone()) {
                // do some other useful work
                System.out.println("reading file, I can do other work.");
            }
             System.out.println("Bytes read: " + result.get());
        } catch (IOException | InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

0x02:Callback风格的异步

  基于Callback风格的异步操作需要 CompletionHandler的帮忙,它定义了两个方法, completed() 和failed(),分别用来表示在回调结束后是否完成和失败。

这种风格特别适用于,想在异步IO操作中立即知道事件的通知。例如,如果在云中有大量的IO操作,但任何单一操作的失败不一定是致命的。

        byte[] data = { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 };
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(data);

        CompletionHandler<Integer, Object> handler = new CompletionHandler<Integer, Object>() {
            @Override
            public void completed(Integer result, Object attachment) { // success
                System.out.println("Bytes written: " + result);
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, Object attachment) { // failed
                System.out.println("Asynch write failed: " + exc.getMessage());
            }
        };

        try (AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("primes.txt"),
                StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {

            channel.write(buffer, 0, null, handler);

            Thread.sleep(10000); // Needed so we don't exit too quickly
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

AsynchronousFileChannel与后台线程池相连接,所以当初始线程处理其他任务的时候,以至于IO操作能够得以进行。默认情况下,这种情况实际是管理一个运行时环境提供了的线程池,如果有需要,可以通过应用程序(通过重载 AsynchronousFileChannel.open()方法)创建一个自定义的线程池,不过这种情况通常不是必要的。

   另外,在NIO中还支持多重IO,这样就可以使一个单线程管理多个IO管道和检查它的哪些IO管道是否做好了读取和写入的准备,支持此操作的一些类在 java.nio.channels包下,包括 SelectableChannel 和 Selector。

参考:https://www.cnblogs.com/IcanFixIt/p/6366264.html

本文分享自微信公众号 - JAVA乐园(happyhuangjinjin88)

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原始发表时间:2020-05-08

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