聊聊java中NIO的增强版AIO
在2011年7月28日，jdk1.7被正式发布。他的一个最大的亮点就是将原来的NIO类库生成到了NIO2.0，也被叫做AIO。这篇文章将通过案例对AIO进行一个讲解。
一、IO的演进
在jdk1.4之前，java中的IO类库实在是超级原始，很多我们现在熟知的概念都还没有出现，比如说管道、缓冲区等等。正是由于这些等等原因，C语言和C++一直都是IO方面的首选。这是原始的IO方式，也叫作BIO，它的原理很简单，我们使用一张图来表示一下：
也就是说BIO时代，每次有一个客户端连接进来的时候，都会有一个新的线程去处理，缺点显而易见，如果连接比较多的时候，我们就要建立大量的线程去一一处理。
几年之后，2002年，jdk1.4开始被正式发布了，做出的一个巨大的改变就是新增了NIO包。它提供了很多异步的IO操作方法，比如说缓冲区ByteBuffer、Pipe、Channel还有多路复用器Selector等等。新的NIO类库的出现，极大地促进了java对异步非阻塞式编程的发展。NIO的原理也是很简单。在这里同样使用一张图来演示一遍：
现在我们可以看到，所有的客户端连接都可以只用一个线程就可以实现了。
不过时代总是在一点一点的变化，逐渐的java官方为我们提供的NIO类库越来越不能满足需求，比如说不支持异步文件读写操作、没有统一的文件属性等等。于是过了几年，在2011年7月28日，官方将用了将近十年的NIO类库做了升级，也被称为NIO2.0。后来也叫作AIO。AIO的原理是在之前的基础上进行的改进，意思是异步非阻塞式IO，也就是说你的客户端在进行读写操作的时候，只需要给服务器发送一个请求，不用一直等待回答就可以去做其他的事了。
下面我们使用代码敲一遍来看看如何实现AIO。
二、AIO的实现
这个案例很简单，就是服务端和客户端一个简单的通信。我们先把代码写好，然后再去分析代码的含义。
1、服务端
第一步：定义Server启动类
1class AioServer{
2 public static void main(String[] args){
3 new AioServerHandle().start();
4 try {
5 Thread.sleep(10000000L);
6 } catch (InterruptedException e) {
7 e.printStackTrace();
8 }
9 }
10 }
在这里我们定义了一个AioServerHandle线程去处理服务器端的逻辑，在这里我们还休眠了很长时间，这是为了避免没有客户端连接时，程序运行结束。现在我们最主要的就是AioServerHandle的代码逻辑了。
第二步：AioServerHandle类实现
1public class AioServerHandle extends Thread {
2 AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;
3 public AioServerHandle() {
4 try {
5 serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
6 serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));
7 System.out.println("服务端初始化成功");
8 } catch (IOException e) {
9 e.printStackTrace();
10 }
11 }
12 @Override
13 public void run() {
14 serverSocketChannel.accept(this, new AcceptCompleteHandler(serverSocketChannel));
15 try {
16 Thread.sleep(100000000L);
17 } catch (InterruptedException e) {
18 e.printStackTrace();
19 }
20 }
21}
我们分析一下这段代码，首先我们定义了一个AsynchronousServerSocketChannel，他表示的就是异步的ServerSocketChannel。然后我们在构造方法中打开连接，绑定地址和端口。最后在run方法中new了一个AcceptCompleteHandler来处理接入的客户端。现在就像踢皮球一样，真正的处理逻辑又给了新的类AcceptCompleteHandler，我们再来看。
第三步：AcceptCompleteHandler的实现
1public class AcceptCompleteHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AioServerHandle> {
2 //第一部分
3 private AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;
4 public AcceptCompleteHandler(AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel) {
5 this.serverSocketChannel = serverSocketChannel;
6 }
7 //第二部分
8 @Override
9 public void completed(final AsynchronousSocketChannel channel, AioServerHandle attachment) {
10 //第二部分第一小节
11 attachment.serverSocketChannel.accept(attachment, this);
12 System.out.println("有客户端链接进来");
13 ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
14 //第二部分第二小节
15 channel.read(readBuffer, readBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
16 @Override
17 public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
18 attachment.flip();
19 byte[] bytes = new byte[attachment.remaining()];
20 attachment.get(bytes);
21 System.out.println("客户端发送来的数据是：" + new String(bytes));
22
23 String sendMsg = "服务端返回的数据：java的架构师技术栈";
24 ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(sendMsg.getBytes().length);
25 writeBuffer.put(sendMsg.getBytes());
26 writeBuffer.flip();
27 channel.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
28 @Override
29 public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
30 if (attachment.hasRemaining()) {
31 channel.write(attachment, attachment, this);
32 }
33 }
34
35 @Override
36 public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
37 try {
38 System.out.println("服务端出现写数据异常");
39 channel.close();
40 } catch (IOException e) {
41 e.printStackTrace();
42 }
43 }
44 });
45 }
46 //第二部分第三小节
47 @Override
48 public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
49 try {
50 System.out.println("服务端读取数据异常");
51 serverSocketChannel.close();
52 } catch (IOException e) {
53 e.printStackTrace();
54 }
55 }
56 });
57 }
58 //第三部分
59 @Override
60 public void failed(Throwable exc, AioServerHandle attachment) {
61 System.out.println("服务端链接异常");
62 }
63}
第一部分：
通过构造方法来接受传递过来的AsynchronousServerSocketChannel。
第二部分第一小节：
serverSocketChannel继续接受传递过来的客户端，为什么呢？因为调用了AsynchronousServerSocketChannel的accept方法之后，如果有新的客户端连接进来，系统会回调我们的CompletionHandler得completed方法。但是一个AsynchronousServerSocketChannel往往能接受成千上万个客户端，所以在这里继续调用了Accept方法。以便于接受其他客户端的链接。
第二部分第二小节：
channel.read方法读取客户端传递过来的数据，而且在内部还有一个channel.write方法，表示返回给客户端的信息。代码逻辑是一样的。
第二部分第三小节：
在这里表示读取信息失败，内部也有一个failed方法表示的就是写入信息失败。
第三部分：
这也是一个failed方法，表示的是链接客户端失败。
到这里我们会看到，AIO的代码逻辑很复杂，在这里只是实现一个最简单的通信例子就这么麻烦，稍微增加点功能代码逻辑会让我们发疯。不过为了保持代码的完整性，我们还是要给出客户端的实现。
2、客户端
客户端的实现就比较简单了。
第一步：创建客户端入口类
1class AioClient{
2 public static void main(String[] args){
3 new AioClientHandle().start();
4 try {
5 Thread.sleep(100000000L);
6 } catch (InterruptedException e) {
7 e.printStackTrace();
8 }
9 }
10}
在这里我们同样使用一个AioClientHandle来处理客户端的代码逻辑，现在我们继续看代码。
第二步：AioClientHandle类实现：
1public class AioClientHandle extends Thread implements CompletionHandler<Void, AioClientHandle> {
2 private AsynchronousSocketChannel socketChannel;
3 public AioClientHandle() {
4 try {
5 socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
6 System.out.println("客户端初始化成功");
7 } catch (IOException e) {
8 e.printStackTrace();
9 }
10 }
11 @Override
12 public void run() {
13 socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888), this, this);
14 }
15 @Override
16 public void completed(Void result, AioClientHandle attachment) {
17 System.out.println("client链接成功");
18 String sendMsg = "我是：java的架构师技术栈，服务端你好";
19 ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(sendMsg.getBytes().length);
20 writeBuffer.put(sendMsg.getBytes());
21 writeBuffer.flip();
22 socketChannel.write(writeBuffer, writeBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
23 @Override
24 public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
25 if (attachment.hasRemaining()) {
26 socketChannel.write(writeBuffer, attachment, this);
27 } else {
28 ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
29 socketChannel.read(readBuffer, readBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
30 @Override
31 public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
32 readBuffer.flip();
33 byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
34 readBuffer.get(bytes);
35 System.out.println("客户端读取数据：" + new String(bytes));
36 }
37
38 @Override
39 public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
40 try {
41 System.out.println("客户端读取数据失败");
42 socketChannel.close();
43 } catch (IOException e) {
44 e.printStackTrace();
45 }
46 }
47 });
48 }
49 }
50 @Override
51 public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
52 try {
53 System.out.println("客户端写数据失败");
54 socketChannel.close();
55 } catch (IOException e) {
56 e.printStackTrace();
57 }
58 }
59 });
60 }
61
62 @Override
63 public void failed(Throwable exc, AioClientHandle attachment) {
64 try {
65 System.out.println("客户端出现异常");
66 socketChannel.close();
67 } catch (IOException e) {
68 e.printStackTrace();
69 }
70 }
71}
这个代码逻辑和服务端的差不多，在这里就不说了。下面我们主要分析一下为什么不用AIO。
三、AIO的缺点
上面BB了这么久就是为了说明为什么不使用他，你千万别急，因为知己知彼才能百战不殆。你只有理解了AIO才能知道工作中应该用什么，
1、实现复杂
上面的代码量你已经看到了，恶心到不能恶心。实现这么一个简单的功能就要写这么多。
2、需要额外的技能
也就是说你想要学号AIO，还需要java多线程的技术做铺垫才可以。否则我们很难写出质量高的代码。
3、一个著名的Selector空轮询bug
它会导致CPU100%，之前在我的群里面，有人曾经遇到过这个问题，而且官方说在1.6的版本中解决，但是现在还有。遇到的时候我们虽然可以解决但是不知道的人会很痛苦。
4、可靠性差
也就是说我们的网络状态是复杂多样的，会遇到各种各样的问题，比如说网断重连、缓存失效、半包读写等等。可靠性比较差。稍微出现一个问题，还需要大量的代码去完善。
当然还有很多其他的缺点，不过就单单第一条估计就很难发展。后来出现了更加牛的网络通信框架netty。很好的解决了上面的问题，也是目前最主流的框架。更多内容，在后续文章中推出。今天的文章先到这，感谢支持。
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