Java NIO 学习笔记（六）----异步文件通道 Async

2018-12-02 本文已影响15人 czwbig

目录：
Java NIO 学习笔记（一）----概述，Channel/Buffer
Java NIO 学习笔记（二）----聚集和分散，通道到通道
 Java NIO 学习笔记（三）----Selector
Java NIO 学习笔记（四）----文件通道和网络通道
 Java NIO 学习笔记（五）----路径、文件和管道 Path/Files/Pipe
Java NIO 学习笔记（六）----异步文件通道 AsynchronousFileChannel
Java NIO 学习笔记（七）----NIO/IO 的对比和总结

AsynchronousFileChannel 异步文件通道

在 Java 7 中，AsynchronousFileChannel 已添加到 Java NIO 中，它可以异步读取数据并将数据写入文件。先说明，异步和阻塞/非阻塞没有关系，下面简单介绍一下相关概念：

阻塞是线程的一个状态，线程发起任务请求然后一直等，直到到任务完成再把结果返回，如果任务未完成当前线程会被挂起。
非阻塞是发起任务请求之后先马上返回去做别的事，然后再时不时主动查看任务请求是否被完成。（轮询）
同步是同时只能有一个线程处理某个对象或者操作，例如一个线程占用了一个对象，其他线程如果要访问此对象，则需要等之前得线程操作完成返回，相关概念有同步方法、同步代码块、对象锁。
异步是如果完成任务时，遇到一个耗时操作（或者对象已经被别的线程占用了），不等待而是去做其他事情，也不主动查看是否完成，而是等耗时操作完成，发通知再叫线程回来处理结果，常见的例子就是 Ajax ，相关概念有回调函数等。

一般异步都是和非阻塞组合使用的。

创建 AsynchronousFileChannel

通过其静态方法 open() 创建 AsynchronousFileChannel ，下面是一个示例：

Path path = Paths.get("D:\\test\\input.txt");

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

// 作为对比，普通的 FileChannel 是这样打开的：
RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("D:\\test\\input.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

open() 方法的第一个参数是指向 AsynchronousFileChannel 要关联的文件的 Path 实例。第二个参数是可选的，可以是一个或多个打开选项，这些选项告诉 AsynchronousFileChannel 在底层文件上执行什么操作。在这个例子中，我们使用了 StandardOpenOption.READ，这意味着该文件将被打开以供阅读。

读取数据

可以通过两种方式从 AsynchronousFileChannel 读取数据，都是调用 read() 方法之一完成的。

Future<Integer> read(ByteBuffer dst, long position);

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

通过 Future 读取数据

Future 是 Java 多线程方面的内容，后面我会再继续学习多线程的知识，这里先稍微了解，带过。
首先这个 Futrue 类有什么用？我们知道多线程编程的时候，一般使用 Runable ，重写 run() 方法，然后调用线程对象的 start() 方法，重点就在 run() 方法的返回值是 void ，那如果我们需要线程执行完成后返回结果怎么办，Future 就可以解决这个问题。

从 AsynchronousFileChannel 读取数据的第一种方法是调用 read() 方法，该方法返回 Future ：

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

此版本的 read() 方法将 ByteBuffer 作为第一个参数。从 AsynchronousFileChannel 读取的数据被读入此 ByteBuffer ，第二个参数指定文件中要开始读取的字节位置。

即使读取操作尚未完成，read() 方法也会立即返回，可以通过调用 read() 方法返回的 Future 实例的 isDone() 方法来检查读取操作何时完成。这是一个示例：

Path path = Paths.get("D:\\test\\input.txt");
AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

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

while (!operation.isDone()) ;

buffer.flip();
System.out.println(new String(buffer.array()));

此示例创建一个 AsynchronousFileChannel ，然后创建一个 ByteBuffer ，它作为参数传递给 read() 方法，并且位置为 0 ，在调用 read() 之后，循环调用 Future 的 isDone() 方法直到返回 true。当然，这不是一个非常有效的 CPU 使用，但是这里需要等待读取操作完成。读取操作完成后，将数据读入 ByteBuffer 并输出。

通过 CompletionHandler 读取数据

从 AsynchronousFileChannel 读取数据的第二种方法是调用以 CompletionHandler 作为参数的 read() 方法版本，其第二个参数 position 可指定从什么位置开始读取。以下是调用此 read() 方法的示例：

Path path = Paths.get("D:\\test\\input.txt");
AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
channel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("result: " + result);
        attachment.flip();
        System.out.println(new String(attachment.array()));
        attachment.clear();
    }

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

一旦读取操作完成，将调用 CompletionHandler 的 completed() 方法，completed() 方法的第一个参数是 Integer 类型，表示读取了多少字节，attachment 对应 read() 方法的第三个参数。在这个例子中也是 ByteBuffer，数据也被读入其中。可以自由选择要附加的对象。如果读取操作失败，则将调用 CompletionHandler 的 failed() 方法。

写入数据

和读取数据类似，也可以通过 AsynchronousFileChannel 对象的 2 种方法写入数据：

Future<Integer> write(ByteBuffer src, long position);

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

具体的操作请参考读取数据，这里不展开了。