java中的AIO

摘要：会关联线程池，它的任务是接收处理事件，并分发给负责处理通道中操作结果的结果处理器。跟通道中发起的操作关联的结果处理器确保是由线程池中的某个线程产生。基本思想是主线程会派一个侦查员到独立的线程中执行操作。

jdk7中新增了一些与文件(网络)I/O相关的一些api。这些API被称为NIO.2，或称为AIO(Asynchronous I/O)。AIO最大的一个特性就是异步能力，这种能力对socket与文件I/O都起作用。AIO其实是一种在读写操作结束之前允许进行其他操作的I/O处理。AIO是对JDK1.4中提出的同步非阻塞I/O(NIO)的进一步增强。

关于NIO,之前的一篇文章可以看看：java中的NIO

jdk7主要增加了三个新的异步通道:

AsynchronousFileChannel: 用于文件异步读写；

AsynchronousSocketChannel: 客户端异步socket；

AsynchronousServerSocketChannel: 服务器异步socket。

因为AIO的实施需充分调用OS参与，IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。

在具体看AIO之前，我们需要知道一些必要的前提概念。

Unix定义了五种I/O模型

阻塞I/O

非阻塞I/O

I/O复用（select、poll、linux 2.6种改进的epoll）

信号驱动IO（SIGIO）

异步I/O（POSIX的aio_系列函数）

一个戏谑的例子：

如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭：

同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那等着，还要一边喊：好了没啊！

同步非阻塞：在饭馆点完餐，就去遛狗了。不过溜一会儿，就回饭馆喊一声：好了没啊！

异步阻塞：遛狗的时候，接到饭馆电话，说饭做好了，让您亲自去拿。

异步非阻塞：饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心遛狗就可以了。

详情参见文章末尾的他山之石-Unix下五种IO模型。

两种IO多路复用方案:Reactor and Proactor。

Reactor模式是基于同步I/O的，而Proactor模式是和异步I/O相关的。

reactor：能收了你跟俺说一声。proactor: 你给我收十个字节，收好了跟俺说一声。

详情参见文章末尾的他山之石-IO设计模式：Reactor和Proactor对比。

异步无非是通知系统做一件事情。然后忘掉它，自己做其他事情去了。很多时候系统做完某一件事情后需要一些后续的操作。怎么办？这时候就是告诉异步调用如何做后续处理。通常有两种方式：

将来式: 当你希望主线程发起异步调用，并轮询等待结果的时候使用将来式;

回调式: 常说的异步回调就是它。

以文件读取为例

将来式用现有的Java.util.concurrent技术声明一个Future,用来保存异步操作的处理结果。通常用Future get()方法（带或不带超时参数）在异步IO操作完成时获取其结果。

AsynchronousFileChannel会关联线程池，它的任务是接收IO处理事件，并分发给负责处理通道中IO操作结果的结果处理器。跟通道中发起的IO操作关联的结果处理器确保是由线程池中的某个线程产生。

将来式例子：

    Path path = Paths.get("/data/code/github/java_practice/src/main/resources/1log4j.properties");
    AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    Future future = channel.read(buffer,0);
//        while (!future.isDone()){
//            System.out.println("I"m idle");
//        }
    Integer readNumber = future.get();

    buffer.flip();
    CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
    CharsetDecoder decoder = Charset.defaultCharset().newDecoder();
    decoder.decode(buffer,charBuffer,false);
    charBuffer.flip();
    String data = new String(charBuffer.array(),0, charBuffer.limit());
    System.out.println("read number:" + readNumber);
    System.out.println(data);

回调式所采用的事件处理技术类似于Swing UI编程采用的机制。基本思想是主线程会派一个侦查员CompletionHandler到独立的线程中执行IO操作。这个侦查员将带着IO的操作的结果返回到主线程中，这个结果会触发它自己的completed或failed方法（要重写这两个方法）。在异步IO活动结束后，接口java.nio.channels.CompletionHandler会被调用，其中V是结果类型，A是提供结果的附着对象。此时必须已经有了该接口completed（V,A）和failed(V,A)方法的实现，你的程序才能知道异步IO操作成功或失败时该如何处理。

回调式例子：

    Path path = Paths.get("/data/code/github/java_practice/src/main/resources/1log4j.properties");
    AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    channel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler() {
        @Override
        public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " read success!");
        }

        @Override
        public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
            System.out.println("read error");
        }
    });

    while (true){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
        Thread.sleep(1000);
    }

    AsynchronousSocketChannel channel = AsynchronousSocketChannel.open();
    channel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888)).get();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("中文,你好".getBytes());
    Future future = channel.write(buffer);

    future.get();
    System.out.println("send ok");

    final AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel
            .open()
            .bind(new InetSocketAddress("0.0.0.0",8888));
    channel.accept(null, new CompletionHandler() {
        @Override
        public void completed(final AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {
            channel.accept(null, this);

            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler() {
                @Override
                public void completed(Integer result_num, ByteBuffer attachment) {
                    attachment.flip();
                    CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
                    CharsetDecoder decoder = Charset.defaultCharset().newDecoder();
                    decoder.decode(attachment,charBuffer,false);
                    charBuffer.flip();
                    String data = new String(charBuffer.array(),0, charBuffer.limit());
                    System.out.println("read data:" + data);
                    try{
                        client.close();
                    }catch (Exception e){}
                }

                @Override
                public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                    System.out.println("read error");
                }
            });
        }

        @Override
        public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
            System.out.println("accept error");
        }
    });

    while (true){
        Thread.sleep(1000);
    }

java中的NIO: http://www.jianshu.com/p/a33f741fe450

Unix下五种IO模型:
http://www.cnblogs.com/virusolf/p/4946975.html

IO设计模式: Reactor和Proactor对比:
https://segmentfault.com/a/1190000002715832

proactor: http://www.laputan.org/pub/sag/proactor.pdf

Java7中增加的新特性:
http://wn398.github.io/2014/04/01/Java7%E4%B8%AD%E5%A2%9E%E5%8A%A0%E7%9A%84%E6%96%B0%E7%89%B9%E6%80%A7/

基于Java NIO2实现的异步非阻塞消息通信框架:
http://codepub.cn/2016/02/26/Asynchronous-non-blocking-message-communication-framework-based-on-Java-NIO2/

Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍:
http://www.52im.net/thread-306-1-1.html

java aio 编程: http://colobu.com/2014/11/13/java-aio-introduction/

[高并发Java 八] NIO和AIO: https://my.oschina.net/hosee/blog/615269