Java 异步 IO

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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。