jdk7：淺談 AIO NIO2.0

weixin_34253539發表於2016-04-01
JDKAI

一、概述

JDK在1.4引入NIO（同步非阻塞）包之後，終於在1.7版本加入了非同步IO的AIO。
同步非同步阻塞和非阻塞等概念，建議參考 《Unix網路程式設計》 卷1. ，這裡只談AIO的api。

二、主要的類

  • AsynchronousSocketChannel

  • AsynchronousServerSocketChannel

  • AsynchronousFileChannel

  • AsynchronousDatagramChannel

三、通過aio實現server

先看下AsynchronousServerSocketChannel，它有兩個構造方法，選擇哪個構造方法，也就選擇了不同的程式設計模型，分別是Future機制和Handler回撥機制。Future機制適合需要同步等待獲取結果的，Handler機制則看上去則更像純非同步。當然，結果都是一樣的，看自己需要或者喜歡哪個模型吧。

public abstract Future<AsynchronousSocketChannel> accept();

public abstract <A> void accept(A attachment,
                                    CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A> handler);

先看看AsynchronousServerSocketChannel來啟動一個server，程式碼如下。注意accept，無論用future還是handler，這裡的呼叫都是非阻塞的立即返回。這裡選用handler的方式，如果有客戶端連線上來，handler的會被回撥。

public class AioServer {
    
    public final int port = 8080;
    public final int backlog = 2; //跟bio和nio的backlog其實是一樣的。指定accpet等待佇列的長度
    private AioAcceptHandler acceptHandler;
    private AsynchronousServerSocketChannel serverSocket;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new AioServer().startup();
    }

    private void startup() throws Exception {
        int availableProcessors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        ExecutorService channelWorkers = Executors.newFixedThreadPool(availableProcessors * 2);
        AsynchronousChannelGroup channelGroup = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(channelWorkers , 1);
        serverSocket = AsynchronousServerSocketChannel.open(channelGroup);
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port), backlog);
        acceptHandler = new AioAcceptHandler();
        accept();
    }

    public void accept() {
        serverSocket.accept(this, acceptHandler); //非阻塞
    }
}

接下來CompletionHandler的介面吧，程式碼如下。看到泛型的 V result 就說嘛，當我們使用CompletionHandler的時候，自己需要清楚的知道返回結果是什麼。
比如accept中指定的CompletionHandler。它是處理接受連線的，成功返回的話，結果就是套接字，那麼我們就要指定泛型V的實際型別為AsynchronousSocketChannel。
再比如read方法中指定CompletionHandler。read是將資料讀取到ByteBuffer，而回撥CompletionHandler的時候，結果V是讀取的數量。所以我們就要指定泛型V的實際型別為Integer。
具體可以看下面的實現程式碼 AioAcceptHandler 和 AioReadHandler。

public interface CompletionHandler<V,A> {
    //呼叫結果，附件
    void completed(V result, A attachment);
    //異常物件、附件
    void failed(Throwable exc, A attachment);
}

AioAcceptHandler

public class AioAcceptHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AioServer>{

    public void completed(AsynchronousSocketChannel socket, AioServer aioServer) {
        try {
            System.out.printf("客戶端%s連線成功.\n", socket.getRemoteAddress().toString());
            readData(socket);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e1) {}
        } finally {
            aioServer.accept();
        }
    }

    private void readData(AsynchronousSocketChannel socket) {
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(32);   //測試時，可以不設定太大，觀察aio的多次read
        socket.read(buf, buf, new AioReadHandler(socket));
    }

    public void failed(Throwable exc, AioServer aioServer) {
        exc.printStackTrace();
    }
}

AioReadHandler

public class AioReadHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {

    private AsynchronousSocketChannel socket;
    private ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    public AioReadHandler(AsynchronousSocketChannel socket){
        this.socket = socket;
    }
    
    public void completed(Integer result, ByteBuffer buf) {
        System.out.println("result = " + result + " buf = " + buf);
        if (result > 0) {
            buf.flip();
            try {
                baos.write(buf.array()); 
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            buf.clear();
            socket.read(buf, buf, this);
        } else if (result == -1) { //result為-1的時候，客戶端的socket已經正常關閉。
            try {
                System.out.printf("客戶端%s已經斷開.\n", socket.getRemoteAddress().toString());
                String info = new String(baos.toByteArray(), Charset.forName("UTF8"));
                System.out.println(info);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                buf = null;
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {}
            }
        }
    }

    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer buf) {
        exc.printStackTrace();
    }
}

基本上，一個簡單的AIOServer就上面這點程式碼拉。實際上我感覺程式碼比NIO用Selector的方式還是簡單清晰多了。至於aio的原理，實際上就是去看看epoll等資料就知道了。

這裡附上一個測試的客戶端程式碼：

public class BioClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String txt = "美國在釋出的朝鮮軍力評估報告中也認為：“朝鮮發展航天運載工具對開發射程可達美國的遠端導彈意義重要，射程也許能覆蓋美國部分地區。不過，由於朝鮮還沒有研發出能夠重返大氣層的運載火箭，所以‘大浦洞2號’尚不具備搭載彈頭的攻擊能力。”";
        Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
        PrintStream print = new PrintStream(socket.getOutputStream());
        print.print(txt);
        print.close();
        socket.close();
        System.out.println("ok.");
    }
}

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