AIO编程（NIO2.0）及代码实现

来源：互联网发布：淘宝c店详情页banner 编辑：程序博客网时间：2024/06/16 07:27

AIO编程

NIO 2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。

异步的套接字通道时真正的异步非阻塞I/O，对应于UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO）。他不需要过多的Selector对注册的通道进行轮询即可实现异步读写，从而简化了NIO的编程模型。

直接上代码吧。

3.1、Server端代码

Server：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.server;  
/** 
 * AIO服务端 
 * @author yangtao__anxpp.com 
 * @version 1.0 
 */  
public class Server {  
    private static int DEFAULT_PORT = 12345;  
    private static AsyncServerHandler serverHandle;  
    public volatile static long clientCount = 0;  
    public static void start(){  
        start(DEFAULT_PORT);  
    }  
    public static synchronized void start(int port){  
        if(serverHandle!=null)  
            return;  
        serverHandle = new AsyncServerHandler(port);  
        new Thread(serverHandle,"Server").start();  
    }  
    public static void main(String[] args){  
        Server.start();  
    }  
}  

AsyncServerHandler：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.server;  
import java.io.IOException;  
import java.net.InetSocketAddress;  
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;  
import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
public class AsyncServerHandler implements Runnable {  
    public CountDownLatch latch;  
    public AsynchronousServerSocketChannel channel;  
    public AsyncServerHandler(int port) {  
        try {  
            //创建服务端通道  
            channel = AsynchronousServerSocketChannel.open();  
            //绑定端口  
            channel.bind(new InetSocketAddress(port));  
            System.out.println("服务器已启动，端口号：" + port);  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    @Override  
    public void run() {  
        //CountDownLatch初始化  
        //它的作用：在完成一组正在执行的操作之前，允许当前的现场一直阻塞  
        //此处，让现场在此阻塞，防止服务端执行完成后退出  
        //也可以使用while(true)+sleep   
        //生成环境就不需要担心这个问题，以为服务端是不会退出的  
        latch = new CountDownLatch(1);  
        //用于接收客户端的连接  
        channel.accept(this,new AcceptHandler());  
        try {  
            latch.await();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}  

AcceptHandler：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.server;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;  
import java.nio.channels.CompletionHandler;  
//作为handler接收客户端连接  
public class AcceptHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AsyncServerHandler> {  
    @Override  
    public void completed(AsynchronousSocketChannel channel,AsyncServerHandler serverHandler) {  
        //继续接受其他客户端的请求  
        Server.clientCount++;  
        System.out.println("连接的客户端数：" + Server.clientCount);  
        serverHandler.channel.accept(serverHandler, this);  
        //创建新的Buffer  
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
        //异步读  第三个参数为接收消息回调的业务Handler  
        channel.read(buffer, buffer, new ReadHandler(channel));  
    }  
    @Override  
    public void failed(Throwable exc, AsyncServerHandler serverHandler) {  
        exc.printStackTrace();  
        serverHandler.latch.countDown();  
    }  
}  

ReadHandler：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.server;  
import java.io.IOException;  
import java.io.UnsupportedEncodingException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;  
import java.nio.channels.CompletionHandler;  
import com.anxpp.io.utils.Calculator;  
public class ReadHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {  
    //用于读取半包消息和发送应答  
    private AsynchronousSocketChannel channel;  
    public ReadHandler(AsynchronousSocketChannel channel) {  
            this.channel = channel;  
    }  
    //读取到消息后的处理  
    @Override  
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {  
        //flip操作  
        attachment.flip();  
        //根据  
        byte[] message = new byte[attachment.remaining()];  
        attachment.get(message);  
        try {  
            String expression = new String(message, "UTF-8");  
            System.out.println("服务器收到消息: " + expression);  
            String calrResult = null;  
            try{  
                calrResult = Calculator.cal(expression).toString();  
            }catch(Exception e){  
                calrResult = "计算错误：" + e.getMessage();  
            }  
            //向客户端发送消息  
            doWrite(calrResult);  
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    //发送消息  
    private void doWrite(String result) {  
        byte[] bytes = result.getBytes();  
        ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);  
        writeBuffer.put(bytes);  
        writeBuffer.flip();  
        //异步写数据 参数与前面的read一样  
        channel.write(writeBuffer, writeBuffer,new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {  
            @Override  
            public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {  
                //如果没有发送完，就继续发送直到完成  
                if (buffer.hasRemaining())  
                    channel.write(buffer, buffer, this);  
                else{  
                    //创建新的Buffer  
                    ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
                    //异步读  第三个参数为接收消息回调的业务Handler  
                    channel.read(readBuffer, readBuffer, new ReadHandler(channel));  
                }  
            }  
            @Override  
            public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
                try {  
                    channel.close();  
                } catch (IOException e) {  
                }  
            }  
        });  
    }  
    @Override  
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
        try {  
            this.channel.close();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}  

OK，这样就已经完成了，其实说起来也简单，虽然代码感觉很多，但是API比NIO的使用起来真的简单多了，主要就是监听、读、写等各种CompletionHandler。此处本应有一个WriteHandler的，确实，我们在ReadHandler中，以一个匿名内部类实现了它。

下面看客户端代码。

3.2、Client端代码

Client：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.client;  
import java.util.Scanner;  
public class Client {  
    private static String DEFAULT_HOST = "127.0.0.1";  
    private static int DEFAULT_PORT = 12345;  
    private static AsyncClientHandler clientHandle;  
    public static void start(){  
        start(DEFAULT_HOST,DEFAULT_PORT);  
    }  
    public static synchronized void start(String ip,int port){  
        if(clientHandle!=null)  
            return;  
        clientHandle = new AsyncClientHandler(ip,port);  
        new Thread(clientHandle,"Client").start();  
    }  
    //向服务器发送消息  
    public static boolean sendMsg(String msg) throws Exception{  
        if(msg.equals("q")) return false;  
        clientHandle.sendMsg(msg);  
        return true;  
    }  
    @SuppressWarnings("resource")  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        Client.start();  
        System.out.println("请输入请求消息：");  
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);  
        while(Client.sendMsg(scanner.nextLine()));  
    }  
}  

AsyncClientHandler：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.client;  
import java.io.IOException;  
import java.net.InetSocketAddress;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;  
import java.nio.channels.CompletionHandler;  
import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
public class AsyncClientHandler implements CompletionHandler<Void, AsyncClientHandler>, Runnable {  
    private AsynchronousSocketChannel clientChannel;  
    private String host;  
    private int port;  
    private CountDownLatch latch;  
    public AsyncClientHandler(String host, int port) {  
        this.host = host;  
        this.port = port;  
        try {  
            //创建异步的客户端通道  
            clientChannel = AsynchronousSocketChannel.open();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    @Override  
    public void run() {  
        //创建CountDownLatch等待  
        latch = new CountDownLatch(1);  
        //发起异步连接操作，回调参数就是这个类本身，如果连接成功会回调completed方法  
        clientChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port), this, this);  
        try {  
            latch.await();  
        } catch (InterruptedException e1) {  
            e1.printStackTrace();  
        }  
        try {  
            clientChannel.close();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    //连接服务器成功  
    //意味着TCP三次握手完成  
    @Override  
    public void completed(Void result, AsyncClientHandler attachment) {  
        System.out.println("客户端成功连接到服务器...");  
    }  
    //连接服务器失败  
    @Override  
    public void failed(Throwable exc, AsyncClientHandler attachment) {  
        System.err.println("连接服务器失败...");  
        exc.printStackTrace();  
        try {  
            clientChannel.close();  
            latch.countDown();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    //向服务器发送消息  
    public void sendMsg(String msg){  
        byte[] req = msg.getBytes();  
        ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(req.length);  
        writeBuffer.put(req);  
        writeBuffer.flip();  
        //异步写  
        clientChannel.write(writeBuffer, writeBuffer,new WriteHandler(clientChannel, latch));  
    }  
}  

WriteHandler：

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package com.anxpp.io.calculator.aio.client;  
import java.io.IOException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;  
import java.nio.channels.CompletionHandler;  
import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
public class WriteHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {  
    private AsynchronousSocketChannel clientChannel;  
    private CountDownLatch latch;  
    public WriteHandler(AsynchronousSocketChannel clientChannel,CountDownLatch latch) {  
        this.clientChannel = clientChannel;  
        this.latch = latch;  
    }  
    @Override  
    public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {  
        //完成全部数据的写入  
        if (buffer.hasRemaining()) {  
            clientChannel.write(buffer, buffer, this);  
        }  
        else {  
            //读取数据  
            ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
            clientChannel.read(readBuffer,readBuffer,new ReadHandler(clientChannel, latch));  
        }  
    }  
    @Override  
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
        System.err.println("数据发送失败...");  
        try {  
            clientChannel.close();  
            latch.countDown();  
        } catch (IOException e) {  
        }  
    }  
}  

ReadHandler：

[java] view plain copy
 print?
package com.anxpp.io.calculator.aio.client;  
import java.io.IOException;  
import java.io.UnsupportedEncodingException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;  
import java.nio.channels.CompletionHandler;  
import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
public class ReadHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {  
    private AsynchronousSocketChannel clientChannel;  
    private CountDownLatch latch;  
    public ReadHandler(AsynchronousSocketChannel clientChannel,CountDownLatch latch) {  
        this.clientChannel = clientChannel;  
        this.latch = latch;  
    }  
    @Override  
    public void completed(Integer result,ByteBuffer buffer) {  
        buffer.flip();  
        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];  
        buffer.get(bytes);  
        String body;  
        try {  
            body = new String(bytes,"UTF-8");  
            System.out.println("客户端收到结果:"+ body);  
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    @Override  
    public void failed(Throwable exc,ByteBuffer attachment) {  
        System.err.println("数据读取失败...");  
        try {  
            clientChannel.close();  
            latch.countDown();  
        } catch (IOException e) {  
        }  
    }  
}  

这个API使用起来真的是很顺手。

3.3、测试

Test：

[java] view plain copy
 print?
package com.anxpp.io.calculator.aio;  
import java.util.Scanner;  
import com.anxpp.io.calculator.aio.client.Client;  
import com.anxpp.io.calculator.aio.server.Server;  
/** 
 * 测试方法 
 * @author yangtao__anxpp.com 
 * @version 1.0 
 */  
public class Test {  
    //测试主方法  
    @SuppressWarnings("resource")  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        //运行服务器  
        Server.start();  
        //避免客户端先于服务器启动前执行代码  
        Thread.sleep(100);  
        //运行客户端   
        Client.start();  
        System.out.println("请输入请求消息：");  
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);  
        while(Client.sendMsg(scanner.nextLine()));  
    }  
}  

我们可以在控制台输入我们需要计算的算数字符串，服务器就会返回结果，当然，我们也可以运行大量的客户端，都是没有问题的，以为此处设计为单例客户端，所以也就没有演示大量客户端并发。

读者可以自己修改Client类，然后开辟大量线程，并使用构造方法创建很多的客户端测试。

下面是其中一次参数的输出：

服务器已启动，端口号：12345
请输入请求消息：
客户端成功连接到服务器...
连接的客户端数：1
123456+789+456
服务器收到消息: 123456+789+456
客户端收到结果:124701
9526*56
服务器收到消息: 9526*56
客户端收到结果:533456
...

AIO是真正的异步非阻塞的，所以，在面对超级大量的客户端，更能得心应手。

下面就比较一下，几种I/O编程的优缺点。

4、各种I/O的对比

先以一张表来直观的对比一下：

具体选择什么样的模型或者NIO框架，完全基于业务的实际应用场景和性能需求，如果客户端很少，服务器负荷不重，就没有必要选择开发起来相对不那么简单的NIO做服务端；相反，就应考虑使用NIO或者相关的框架了。

5、附录

上文中服务端使用到的用于计算的工具类：


package com.anxpp.utils;
import javax.script.ScriptEngine;
import javax.script.ScriptEngineManager;
import javax.script.ScriptException;
public final class Calculator {  
    private final static ScriptEngine jse = new ScriptEngineManager().getEngineByName("JavaScript");
    public static Object cal(String expression) throws ScriptException{
        return jse.eval(expression);
    }
}

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