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IO模型之AIO代码及其实践详解

老牧童 • • 未分类 • 阅读 155

IO模型之AIO代码及其实践详解AIO简介AIO是java中IO模型的一种，作为NIO的改进和增强随JDK1.7版本更新被集成在JDK的nio包中，因此AIO也被称作是NIO2.0。区别于传统的BIO(BlockingIO，同步阻塞式模型，JDK1.4之前就存在于JDK中，NIO于JDK1.4版本发布更新)的阻塞式读写，AIO

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AIO简介

AIO是java中IO模型的一种，作为NIO的改进和增强随JDK1.7版本更新被集成在JDK的nio包中，因此AIO也被称作是NIO2.0。区别于传统的BIO(Blocking IO，同步阻塞式模型，JDK1.4之前就存在于JDK中，NIO于JDK1.4版本发布更新)的阻塞式读写，AIO提供了从建立连接到读、写的全异步操作。AIO可用于异步的文件读写和网络通信。

同步/异步、阻塞/非阻塞

我们先来了解下什么是同步/异步，以及什么是阻塞/非阻塞。在IO操作中，IO分两阶段（一旦拿到数据后就变成了数据操作，不再是IO)：

  1. 数据准备阶段
  2. 内核空间复制数据到用户进程缓冲区（用户空间）阶段 在操作系统中，程序运行的空间分为内核空间和用户空间。 应用程序都是运行在用户空间的，所以它们能操作的数据也都在用户空间。
  • 同步和异步IO的概念：同步是用户线程发起I/O请求后需要等待或者轮询内核I/O操作完成后才能继续执行；异步是用户线程发起I/O请求后仍需要继续执行，当内核I/O操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。
  • 阻塞和非阻塞IO的概念： 阻塞是指I/O操作需要彻底完成后才能返回用户空间；非阻塞是指I/O操作被调用后立即返回一个状态值，无需等I/O操作彻底完成。

一般来讲： 阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型(select/poll/epoll)、信号驱动IO模型都属于同步IO，因为阶段2是阻塞的(尽管时间很短)。同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞： 如果不阻塞，而是操作系统帮你做完IO操作再将结果返回给你，那么就是异步IO。

异步IO模型

IO模型之AIO代码及其实践详解

异步IO则采用“订阅-通知”模式：即应用程序向操作系统注册IO监听，然后继续做自己的事情。当操作系统发生IO事件，并且准备好数据后，在主动通知应用程序，触发相应的函数。也可以如下图理解：

IO模型之AIO代码及其实践详解

和同步IO一样，异步IO也是由操作系统进行支持的。微软的windows系统提供了一种异步IO技术：IOCP（I/O CompletionPort，I/O完成端口）；Linux下由于没有这种异步IO技术，所以使用的是epoll对异步IO进行模拟。

JAVA AIO框架简析

IO模型之AIO代码及其实践详解

JAVA AIO框架在windows下使用windows IOCP技术，在Linux下使用epoll多路复用IO技术模拟异步IO，这个从JAVA AIO框架的部分类设计上就可以看出来。例如框架中，在Windows下负责实现套接字通道的具体类是“sun.nio.ch.WindowsAsynchronousSocketChannelImpl”，在Linux下负责实现套接字通道的具体类是“sun.nio.ch.UnixAsynchronousServerSocketChannelImpl”，如下图在Mac上安装的JDK可以看到：

IO模型之AIO代码及其实践详解

另外特别说明一下，请注意在上图中的“java.nio.channels.NetworkChannel”接口，这个接口同样被JAVA NIO框架实现了，如上图所示：SocketChannel以及ServerSocketChannel就是NetworkChannel的实现。

AIO和同步IO（BIO和NIO）不同在于，IO操作全部委托给了被调用者（操作系统），在阻塞和非阻塞IO中，不管是使用阻塞流还是使用select选择器，用户进程下一步操作都是依赖操作系统的IO操作结果的，也就是需要同步的。而在AIO中，也就是前面通俗说的，（先写好回调操作）调用系统的IO操作。

在java中，支持异步模型的方式有两个类：

  • Future类
  • Callable接口

严格来说，Future不能算是异步模型的类，因为future.get()方法是阻塞的，需要等待处理完成；而Callable是回调，是正宗的异步模型工具。一般来说，异步编程都是基于回调的。

AIO重要类

实现一个最简单的AIO socket通信server、client，主要需要这些相关的类和接口：

1）AsynchronousServerSocketChannel

服务端Socket通道类，负责服务端Socket的创建和监听；

2）AsynchronousSocketChannel

客户端Socket通道类，负责客户端消息读写；

3）CompletionHandler<A,V>

消息处理回调接口，是一个负责消费异步IO操作结果的消息处理器；

4) ByteBuffer

负责承载通信过程中需要读、写的消息。

此外，还有可选的用于异步通道资源共享的AsynchronousChannelGroup类，接下来将一一介绍这些类的主要接口及使用。

AsynchronousServerSocketChannel

AsynchronousServerSocketChannel是一个流式监听套接字的异步通道，是ServerSocketChannel的异步版本的通道，支持异步处理。AsynchronousServerSocketChannel的使用和ServerSocketChannel一样需要经过三个步骤：创建/打开通道、绑定地址和端口和监听客户端连接请求。

创建/打开通道

简单地，可以通过调用AsynchronousServerSocketChannel的静态方法open()来创建AsynchronousServerSocketChannel实例：

try {
    AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

当打开通道失败时，会抛出一个IOException异常。

绑定地址和端口

通过调用AsynchronousServerSocketChannel.bind(SocketAddress)方法来绑定监听地址和端口：

// 构建一个InetSocketAddress实例以指定监听的地址和端口，如果需要指定ip，则调用InetSocketAddress(ip,port)构造方法创建即可
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));

监听和接收客户端连接请求

监听客户端连接请求，主要通过调用AsynchronousServerSocketChannel.accept()方法完成。accept()有两个重载方法：

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

这两个重载方法的行为方式完全相同一种基于Future，一种基于回调，事实上，AIO的很多异步API都封装了诸如此类的重载方法：提供CompletionHandle回调参数或者返回一个Future<T>类型变量。用过Feture接口的都知道，可以调用Future.get()方法阻塞等待调用结果。无论是哪种方式来获取连接，最终的处理对象都是Socket，和ServerSocketChannel不同的是，这里的socket是封装在AsynchronousSocketChannel中的。

基于Future实现：

public void AsynchronousServerSocketChannel() {
    try {
        AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
        channel.bind(new InetSocketAddress(8888));
        while (true) {
            Future<AsynchronousSocketChannel> conn = channel.accept();
            // 阻塞等待直到future有结果
            AsynchronousSocketChannel asyncSocketChannel = conn.get();
            // 异步处理连接
            asyncHandle(asyncSocketChannel);
        }
    } catch (IOException | InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

基于回调： 

public void AsynchronousServerSocketChannelCallback() {
    try {
        AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
        channel.bind(new InetSocketAddress(8888));
        channel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {

            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel result, Void attachment) {　　　　　　　　　　　　// 接收到新的客户端连接时调用，result就是和客户端的连接对话，此时可以通过result和客户端进行通信
                System.out.println("accept completed");
                // 异步处理连接
                asyncHandle(result);
                // 继续监听accept
                channel.accept(null, this);
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, Void attachment) {　　　　　　　　　　　　// accept失败时回调
                System.out.println("accept failed");
            }
        });
        // 让主线程保持存活
        while (true) {
            System.in.read();
        }

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

需要注意的是，AsynchronousServerSocketChannel是线程安全的，但在任何时候同一时间内只能允许有一个accept操作。因此，必须得等待前一个accept操作完成之后才能启动下一个accept：

serverSocketChannel
.accept(serverSocketChannel, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,
        AsynchronousServerSocketChannel>() {
          @Override
          public void completed(final AsynchronousSocketChannel result,
                                final AsynchronousServerSocketChannel attachment) {
            // 接收到新的客户端连接，此时本次accept已经完成
            // 继续监听下一个客户端连接到来
            serverSocketChannel.accept(serverSocketChannel,this);
            // result即和该客户端的连接会话
            // 此时可以通过result与客户端进行交互
          }
          ...
});

此外，还可以通过以下方法获取和设置AsynchronousServerSocketChannel的socket选项： 

// 设置socket选项
serverSocketChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE,true);
// 获取socket选项设置
boolean keepAlive = serverSocketChannel.getOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE);

其中StandardSocketOptions类封装了常用的socket设置选项。 

获取本地地址：

InetSocketAddress address = (InetSocketAddress) serverSocketChannel.getLocalAddress();

AsynchronousChannelGroup异步通道组

try {
    ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
    AsynchronousChannelGroup group = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(pool, 10);
    AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(group);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

AsynchronousServerSocketChannel提供了设置通道分组(AsynchronousChannelGroup)的功能，以实现组内通道资源共享。可以调用open(AsynchronousChannelGroup)重载方法创建指定分组的通道，默认情况下，具有 open() 方法的通道属于一个全局通道组，可利用如下系统变量对其进行配置：

  • java.nio.channels.DefaultThreadPoolthreadFactory，其不采用默认设置，而是定义一个 java.util.concurrent.ThreadFactory
  • java.nio.channels.DefaultThreadPool.initialSize，指定线程池的初始规模

java.nio.channels.AsynchronousChannelGroup 中的三个实用方法提供了创建新通道组的方法：

withCachedThreadPool()
withFixedThreadPool()
withThreadPool()

这些方法或者对线程池进行定义，如 java.util.concurrent.ExecutorService，或者是 java.util.concurrent.ThreadFactory。例如，以下调用创建了具有线程池的新的通道组，该线程池包含 10 个线程，其中每个都构造为来自 Executors 类的线程工厂：

AsynchronousChannelGroup tenThreadGroup =
AsynchronousChannelGroup.withFixedThreadPool(10, Executors.defaultThreadFactory());

三个异步网络通道都具有 open() 方法的替代版本，它们采用给出的通道组而不是默认通道组。例如，当有异步操作请求时，此调用告诉 channel 使用 tenThreadGroup 而不是默认通道组来获取线程：

AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel.open(tenThreadGroup);

定义自己的通道组可更好地控制服务于操作的线程，并能提供关闭线程或者等待终止的机制。

AsynchronousChannelGroup封装了处理由绑定到组的异步通道所触发的I/O操作完成所需的机制。每个AsynchronousChannelGroup关联了一个被用于提交处理I/O事件和分发消费在组内通道上执行的异步操作结果的completion-handlers的线程池。除了处理I/O事件，该线程池还有可能处理其他一些用于支持完成异步I/O操作的任务。从上面例子可以看到，通过指定AsynchronousChannelGroup的方式打开AsynchronousServerSocketChannel，可以定制server channel执行的线程池。如果不指定AsynchronousChannelGroup，则AsynchronousServerSocketChannel会归类到一个默认的分组中。

AsynchronousSocketChannel

AsynchronousSocketChannel和NIO通道是SocketChannel功能相似。是一个流式连接套接字的异步通道。

AsynchronousSocketChannel表示服务端与客户端之间的连接通道。客户端可以通过调用AsynchronousSocketChannel静态方法open()创建，而服务端则通过调用AsynchronousServerSocketChannel.accept()方法后由AIO内部在合适的时候创建。下面以客户端实现为例，介绍AsynchronousSocketChannel。

创建AsynchronousSocketChannel

需要通过open()创建和打开一个AsynchronousSocketChannel实例，再调用其connect()方法连接到服务端，接着才可以与服务端交互：

// 打开一个socket通道
AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
// 阻塞等待连接成功
socketChannel.connect(new InetSocketAddress(ip,port)).get();
// 连接成功，接下来可以进行read、write操作

同AsynchronousServerSocketChannel，AsynchronousSocketChannel也提供了open(AsynchronousChannelGroup)方法用于指定通道分组和定制线程池。

connect

socketChannel.connect()也提供了CompletionHandler回调和Future返回值两个重载方法，上面例子使用带Future返回值的重载，并调用get()方法阻塞等待连接建立完成。

// 基于回调
public abstract <A> void connect(SocketAddress remote, A attachment, CompletionHandler<Void,? super A> handler);
// 基于Future 调用get()方法阻塞等待连接建立完成
public abstract Future<Void> connect(SocketAddress remote);

发送消息

可以构建一个ByteBuffer对象并调用socketChannel.write(ByteBuffer)方法异步发送消息，并通过CompletionHandler回调接收处理发送结果：

ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap("From socketChannel:Hello i am socketChannel".getBytes());
socketChannel.write(writeBuf, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
　　@Override
　　public void completed(final Integer result, final Object attachment) {
　　　　// 发送完成，result：总共写入的字节数
　　}

　　@Override
　　public void failed(final Throwable exc, final Object attachment) {
　　　　// 发送失败
　　}
});

读取消息

构建一个指定接收长度的ByteBuffer用于接收数据，调用socketChannel.read()方法读取消息并通过CompletionHandler处理读取结果：

ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
socketChannel.read(readBuffer, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
　　@Override
　　public void completed(final Integer result, final Object attachment) {
　　　　// 读取完成,result:实际读取的字节数。如果通道中没有数据可读则result=-1。
　　}

　　@Override
　　public void failed(final Throwable exc, final Object attachment) {
　　　　// 读取失败
　　}
});

此外，AsynchronousSocketChannel也封装了设置/获取socket选项的方法：

// 设置socket选项
socketChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE,true);
// 获取socket选项设置
boolean keepAlive = socketChannel.getOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE);

注意：读写操作,有多个重载的Future和回调式的read和write方法：

public abstract <A> void read(ByteBuffer dst,
                                  long timeout,
                                  TimeUnit unit,
                                  A attachment,
                                  CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

public final <A> void read(ByteBuffer dst,
                           A attachment,
                           CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

public abstract Future<Integer> read(ByteBuffer dst);

public abstract <A> void read(ByteBuffer[] dsts,
                              int offset,
                              int length,
                              long timeout,
                              TimeUnit unit,
                              A attachment,
                              CompletionHandler<Long,? super A> handler);
// write
public abstract <A> void write(ByteBuffer src,
                               long timeout,
                               TimeUnit unit,
                               A attachment,
                               CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

public final <A> void write(ByteBuffer src,
                            A attachment,
                            CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

public abstract Future<Integer> write(ByteBuffer src);

public abstract <A> void write(ByteBuffer[] srcs,
                               int offset,
                               int length,
                               long timeout,
                               TimeUnit unit,
                               A attachment,
                               CompletionHandler<Long,? super A> handler);

如下服务器端示例，使用的是accept返回的channel：

// 基于future 实际上是同步的读取方式
private void asyncHandle(AsynchronousSocketChannel asyncSocketChannel) {
    ByteBuffer dst = ByteBuffer.allocate(1024);
    // based on Future，
    // 实际上是同步处理的方式,为了不将处理变成阻塞式单连接的socket形式，使用子线程来获取输入流
    new Thread(() -> {
        while (asyncSocketChannel.isOpen()) {
            Future<Integer> readFuture = asyncSocketChannel.read(dst);
            try {
                // 阻塞等待读取结果
                Integer readResult = readFuture.get();
                if (readResult > 0) {

                    System.out.println(new String(dst.array(), StandardCharsets.UTF_8));
                    dst.clear();

                } else {
                    // doOtherthing
                }
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }).start();

}

// 基于回调
private void asyncHandle(AsynchronousSocketChannel asyncSocketChannel) {
    asyncSocketChannel.read(dst, null, new CompletionHandler<Integer, Void>() {

        @Override
        public void completed(Integer result, Void attachment) {
            if (result > 0) {
                System.out.println(new String(dst.array(), StandardCharsets.UTF_8));
                dst.clear();
            }
            // 注册回调，继续读取输入
            asyncSocketChannel.read(dst, null, this);

        }

        @Override
        public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
            // TODO Auto-generated method stub

        }
    });
}

CompletionHandler

CompletionHandler是一个用于消费异步I/O操作结果的处理器。

AIO中定义的异步通道允许指定一个CompletionHandler处理器消费一个异步操作的结果。从上文中也可以看到，AIO中大部分的异步I/O操作接口都封装了一个带CompletionHandler类型参数的重载方法，使用CompletionHandler可以很方便地处理AIO中的异步I/O操作结果。CompletionHandler是一个具有两个泛型类型参数的接口,声明了两个接口方法：

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

其中，泛型V表示I/O操作的结果类型，通过该类型参数消费I/O操作的结果；泛型A为附加到I/O操作中的对象类型，可以通过该类型参数将需要的变量传入到CompletionHandler实现中使用。因此，AIO中大部分的异步I/O操作都有一个类似这样的重载方法：

<V,A> void ioOperate(params,A attachment,CompletionHandler<V,A> handler);

例如，AsynchronousServerSocketChannel.accept()方法：

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

AsynchronousSocketChannel.write()方法等：

public final <A> void write(ByteBuffer src,A attachment,CompletionHandler<Integer,? super A> handler)

当I/O操作成功完成时，会回调到completed方法，failed方法则在I/O操作失败时被回调。需要注意的是：在CompletionHandler的实现中应当即使处理操作结果，以避免一直占用调用线程而不能分发其他的CompletionHandler处理器。

AIO代码实现

服务端

public class Server {
    private static int DEFAULT_PORT = 8888;
    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();
    }
}
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();
        }
    }
}
//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();
    }
}
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 = Caculator.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();
        }
    }
}

客户端

public class Client {
    private static String DEFAULT_HOST = "localhost";
    private static int DEFAULT_PORT = 8888;
    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()));
    }
}
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));
    }
}
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) {
        }
    }
}
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) {
        }
    }
}

测试类

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())) ;
    }
}
public final class Caculator {
    private final static ScriptEngine jse = new ScriptEngineManager().getEngineByName("JavaScript");
    public static Object cal(String expression) throws ScriptException {
        return jse.eval(expression);
    }
}

 

参考：

  • IO模型之AIO代码及其实践详解

 

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