Java NIO2 Asynchronous Channel APIs

前面我们介绍了 NIO 中一系列同步非阻塞 API 的用法。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2，NIO 2 也就是我们常说的 AIO，它是异步非阻塞的 IO 方式。

AIO 的核心概念就是发起非阻塞方式的 I/O 操作，立即响应，却不立即返回结果，当 I/O 操作完成时通知。

Asynchronous Channel APIs 工作原理

从 Java 7 开始，java.nio.channel 包中新增加 4 个异步 Channel：

AsynchronousFileChannel
AsynchronousSocketChannel
AsynchronousServerSocketChannel
AsynchronousDatagramChannel

从名字上，你可以感受到它们与同步非阻塞 Channel API 在风格上有些类似。而且，同步非阻塞 Channel API 中的诸多用法在新的异步非阻塞 Channel 中依然适用，不同之处在于，新的异步 Channel 能够允许一些操作异步执行。

当操作启动时，异步通道 API 为我们提供了两种用于监视和控制挂起操作的备选方案。

第一种通过返回一个 java.util.concurrent.Future 对象来表示异步操作的结果
第二种是通过传递给操作一个新类的对象 java.nio.channels.CompletionHandler 来完成，它会定义在操作完成后所执行的处理方法。

Future 方式

Future 对象代表了异步操作执行的结果。假设我们想要创建一个服务来监听客服端的连接，我们调用 AsynchronousServerSocketChannel 的静态方法 open ()，并绑到到一个端口上，代码如下：

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AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel
                    .open()
                    .bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8899));

然后，调用 accept () 方法，返回 SocketChannel：

1	Future<AsynchronousSocketChannel> future = serverSocketChannel.accept();

在标准的 NIO 中，如果我们调用 ServerSocketChannel 中的 accept () 方法，在设置了 block mode 为 true 的情况下，它将会一直阻塞，直到有客户端的连接进来。但是 AsynchronousSocketChannel 的 accept () 方法，则会立即返回一个 Future 对象。

Future 对象的泛型类型是操作的返回类型。在上面的例子中，它是 AsynchronousSocketChannel，但它也可以是 Integer 或 String，具体取决于操作的最终返回类型。

检查是否完成

1	future.isDone();

如果底层的操作已经完成，则返回 true。请注意，在这种情况下，完成可能意味着正常终止、异常或取消。

检查操作是否取消

1	future.isCancelled();

如果操作在正常完成之前被取消，则返回 true。

尝试取消操作

1	future.cancel(true);

如果任务已完成，已取消或由于某些其他原因无法取消，则此尝试将失败，返回 false。如果成功，并且在调用 canel () 接口时此任务尚未启动，则此任务永远不会运行。如果任务已经开始，则由 mayInterruptIfRunning 参数确定是否应该在尝试停止任务时中断执行此任务的线程。

获取操作结果

AsynchronousSocketChannel client= future.get();

// 设置10s的阻塞时间
AsynchronousSocketChannel worker = future.get(10, TimeUnit.SECONDS);

如果我们在操作完成前调用此 API，它将一直阻塞，直到操作完成并返回操作结果。

CompletionHandler 方式

使用 Future 来处理操作的替代方法是使用 CompletionHandler 类的回调机制。代码如下：

AsynchronousServerSocketChannel listener = AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(null);
 
listener.accept(
  attachment, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
    public void completed(
      AsynchronousSocketChannel client, Object attachment) {
          // do whatever with client
      }
    public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
          // handle failure
      }
  });

当 I/O 操作完全成功时，completed() 接口将会被调用。如果操作失败，则调用 failed() 接口。

AsynchronousFileChannel

理解了前面我们讲的 Asynchronous Channel API 的使用方法，接下来，我们来介绍 AsynchronousFileChannel 的使用。

创建

Path path = Paths.get("/Users/wangwei/Desktop/test.txt");
AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path,
       StandardOpenOption.READ,
       StandardOpenOption.WRITE,
       StandardOpenOption.CREATE);

第一个参数指定文件的路径，第二参数指定文件打开之后的操作方式，java.nio.file.StandardOpenOption 枚举中定义了一些列的操作方式。

读取文件

Future 方式

AsynchronousFileChannel fileChannel =
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, 0);

//run other code as operation continues in background

operation.get();

String fileContent = new String(buffer.array()).trim();
buffer.clear();
System.out.println(fileContent);

fileChannel.read () 方法，第一个参数 byteBuffer 用于存储读取的文件内容，第二参数指定起始的读取位置。该方法将会立即返回，不管文件是否读取完毕。

接下来，代码将继续往下执行，而与此同时 read () 操作还依旧在后台运行。当我们执行完其它代码之后，我们可以调用 get () 接口，如果读取操作已经完成，则 get () 接口会立即返回结果，否则会一直阻塞直到操作完成。

CompletionHandler 方式

Path path = Paths.get("//Users/wangwei/VirtualBox VMs/Win10_1803_English_x64.iso");
AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
fileChannel.read(buffer, 0, buffer,
      new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {

      @Override
      public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
		// TODO
        // result is number of bytes read
        // attachment is the buffer containing content
      }

      @Override
      public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
		// TODO
      }
 });

上面的代码我们用到了另一个 read () 接口，使用了 CompletionHandler 类。它的第一个泛型参数表示操作的返回类型，在 AsynchronousFileChannel 这个例子则返回 Integer 类型，表示读取的字节数。

第二个泛型参数表示的是附加对象类型，这里我们选择附加缓冲区，以便在读取完成时，我们可以在 completed 回调 API 中使用文件中的内容。

写入文件

同读取一样，我们也可以使用两种方式来写入文件内容，先来创建 AsynchronousFileChannel：

1 2	AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);

这里的操作类型设置为了 StandardOpenOption.WRITE 。

Future 方式

AsynchronousFileChannel fileChannel =
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("hello world".getBytes());
buffer.flip();

Future<Integer> operation = fileChannel.write(buffer, 0);
buffer.clear();
 
//run other code as operation continues in background

operation.get();

CompletionHandler 方式

AsynchronousFileChannel fileChannel =
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("hello world".getBytes());
buffer.flip();

fileChannel.write(
      buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
 
        @Override
        public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
            // result is number of bytes written
            // attachment is the buffer
        }
        @Override
        public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
 
        }
    });

参考资料

http://tutorials.jenkov.com/java-nio/asynchronousfilechannel.html