java nio AsynchronousChannel

Java NIO 提供了 AsynchronousChannel 接口，用于支持异步 I/O 操作。与传统的阻塞和非阻塞 I/O 模型不同，AsynchronousChannel 实现了异步非阻塞的 I/O 模型，这意味着 I/O 操作可以在后台进行，当操作完成后，系统会通知应用程序或执行回调。

主要的 `AsynchronousChannel` 实现

AsynchronousSocketChannel: 异步 TCP 套接字通道，支持异步的网络读写操作。
AsynchronousServerSocketChannel: 异步服务器套接字通道，支持异步的客户端连接接受操作。
AsynchronousFileChannel: 异步文件通道，支持异步文件读写操作。

基本概念和操作

AsynchronousChannel 允许你在进行 I/O 操作时，不必等待操作完成，而是可以立即返回并继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，系统会调用指定的回调函数或者通过 Future 对象通知应用程序。

操作方式

AsynchronousChannel 支持两种主要的操作模式：

基于 Future 的操作:
- 使用 Future 对象表示异步操作的结果，主线程可以继续执行其他任务，稍后通过调用 Future.get() 来获取操作结果。
- 例如：AsynchronousSocketChannel.read(ByteBuffer) 返回一个 Future<Integer>，表示读取操作的结果。
基于回调的操作:
- 通过提供 CompletionHandler 回调接口，异步操作完成后会自动调用该回调方法，处理结果或错误。
- 例如：AsynchronousFileChannel.read(ByteBuffer, long, A, CompletionHandler<Integer,? super A>) 使用 CompletionHandler 处理文件读取操作的结果。

使用示例

1. 异步文件读取操作示例

以下示例演示了如何使用 AsynchronousFileChannel 进行异步文件读取操作，并通过 CompletionHandler 来处理读取完成后的结果。

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousFileChannel;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.io.IOException;public class AsynchronousFileReadExample {public static void main(String[] args) {Path path = Paths.get("example.txt");try (AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ)) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 方式 1: 使用 FutureFuture<Integer> result = fileChannel.read(buffer, 0);while (!result.isDone()) {System.out.println("Reading file in progress...");}Integer bytesRead = result.get();System.out.println("Bytes read: " + bytesRead);// 方式 2: 使用 CompletionHandlerfileChannel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {System.out.println("Bytes read: " + result);attachment.flip();byte[] data = new byte[attachment.limit()];attachment.get(data);System.out.println("File content: " + new String(data));}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {System.err.println("Read operation failed: " + exc.getMessage());}});// 等待回调完成Thread.sleep(1000);} catch (IOException | InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}
}

2. 异步套接字通道操作示例

下面的示例展示了如何使用 AsynchronousSocketChannel 来实现异步的 TCP 客户端，连接到服务器并发送数据。

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.util.concurrent.Future;
import java.io.IOException;public class AsynchronousSocketChannelExample {public static void main(String[] args) {try {AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();InetSocketAddress hostAddress = new InetSocketAddress("localhost", 5000);// 方式 1: 使用 Future 连接Future<Void> future = socketChannel.connect(hostAddress);future.get(); // 阻塞等待连接完成// 方式 2: 使用 CompletionHandler 连接socketChannel.connect(hostAddress, null, new CompletionHandler<Void, Void>() {@Overridepublic void completed(Void result, Void attachment) {System.out.println("Connected to server!");// 写数据到服务器ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);buffer.put("Hello Server!".getBytes());buffer.flip();// 异步写数据socketChannel.write(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {System.out.println("Message sent to server!");}@Overridepublic void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {System.err.println("Failed to send message: " + exc.getMessage());}});}@Overridepublic void failed(Throwable exc, Void attachment) {System.err.println("Failed to connect to server: " + exc.getMessage());}});// 主线程继续执行其他任务...// 确保主线程不立即退出Thread.sleep(5000);} catch (IOException | InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}
}