Java AIO初探(异步网络IO)[Java编程]

按照《Unix网络编程》的划分,IO模子可以分为:阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO和异步IO,按照POSIX尺度来划分只分为两类:同步IO和异步IO.若何辨别呢?首先一个IO操作其实分成了两个步骤:发动IO恳求和实际的IO操作,同步IO和异步IO的辨别就在于第二个步骤能否阻塞,假照实际的IO读写阻塞恳求进程,那么就是同步IO,因此阻塞IO、非阻塞IO、IO服用、信号驱动IO都是同步IO,假如不阻塞,而是操作系统帮你做完IO操作再将后果返回给你,那么就是异步IO.阻塞IO和非阻塞IO的辨别在于第一步,发动IO恳求能否会被阻塞,假如阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO,假如不阻塞,那么就是非阻塞IO.

Java nio 2.0的主要改良就是引入了异步IO（包含文件和网络）,这里主要介绍下异步网络IO API的利用以及框架的计划,以TCP服务端为例.首先看下为了支持AIO引入的新的类和接口:

java.nio.channels.AsynchronousChannel

标志一个channel支持异步IO操作.

java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel

ServerSocket的aio版本,成立TCP服务端,绑定地址,监听端口等.

java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel

面向流的异步socket channel,表示一个衔接.

java.nio.channels.AsynchronousChannelGroup

异步channel的分组管理,目的是为了资源同享.一个AsynchronousChannelGroup绑定一个线程池,这个线程池履行两个任务:处理IO事件和派发CompletionHandler.AsynchronousServerSocketChannel成立的时刻可以传入一个 AsynchronousChannelGroup,那么通过AsynchronousServerSocketChannel成立的 AsynchronousSocketChannel将同属于一个组,同享资源.

java.nio.channels.CompletionHandler

异步IO操作后果的回调接口,用于定义在IO操作完成后所作的回调工作.AIO的API答应两种方法来处理异步操作的后果:返回的Future情势大概注册CompletionHandler,我更举荐用CompletionHandler的方法,这些handler的调用是由 AsynchronousChannelGroup的线程池派发的.明显,线程池的大小是性能的关键因素.AsynchronousChannelGroup答应绑定差别的线程池,通过三个静态办法来成立:

public　static　AsynchronousChannelGroup　withFixedThreadPool(int　nThreads,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ThreadFactory　threadFactory)
　　　　　　　　 throws　IOException
　 public　static　AsynchronousChannelGroup　withCachedThreadPool(ExecutorService　executor,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 int　initialSize)
　 public　static　AsynchronousChannelGroup　withThreadPool(ExecutorService　executor)
　　　　　　　　 throws　IOException

需求按照具体利用呼应调整,从框架角度动身,需求表露这样的配置选项给用户.

在介绍完了aio引入的TCP的主要接口和类之后,我们来假想下一个aio框架应当怎么计划.参考非阻塞nio框架的计划,普通都是采取Reactor情势,Reacot负责事件的注册、select、事件的派发;呼应地,异步IO有个Proactor情势,Proactor负责 CompletionHandler的派发,查看一个典型的IO写操作的流程来看二者的辨别:

Reactor:　 send(msg) -> 消息行列能否为空,假如为空　 -> 向Reactor注册OP_WRITE,然后返回 -> Reactor select -> 触发Writable,告诉用户线程去处理 ->先注销Writable(很多人碰到的cpu 100%的问题就在于没有注销）,处理Writeable,假如没有完好写入,持续注册OP_WRITE.注意到,写入的工作还是用户线程在处理.

Proactor: send(msg) -> 消息行列能否为空,假如为空,发动read异步伐用,并注册CompletionHandler,然后返回. -> 操作系统负责将你的消息写入,并返回后果（写入的字节数）给Proactor -> Proactor派发CompletionHandler.可见,写入的工作是操作系统在处理,无需用户线程参与.事实上在aio的API 中,AsynchronousChannelGroup就扮演了Proactor的角色.

CompletionHandler有三个办法,辨别对应于处理成功、失利、被撤消（通过返回的Future)情形下的回调处理:

public　interface　CompletionHandler<V,A>　{
　　　　　 void　completed(V　result,　A　attachment);
　　　　 void　failed(Throwable　exc,　A　attachment);

　　　　 void　cancelled(A　attachment);
}

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