《Netty 权威指南》—— AIO 创建的TimeServer源码分析-阿里云开发者社区

声明：本文是《Netty 权威指南》的样章，感谢博文视点授权并发编程网站发布样章，禁止以任何形式转载此文。

NIO2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。异步通道提供两种方式获取获取操作结果：

通过java.util.concurrent.Future类来表示异步操作的结果；
在执行异步操作的时候传入一个java.nio.channels.

CompletionHandler接口的实现类作为操作完成的回调。

NIO2.0的异步套接字通道是真正的异步非阻塞IO,它对应Unix网络编程中的事件驱动IO（AIO），它不需要通过多路复用器（Selector）对注册的通道进行轮询操作即可实现异步读写，简化了NIO的编程模型。

下面还是通过代码来熟悉NIO2.0 AIO的相关类库，我们仍旧以时间服务器为例程进行讲解。

AIO 创建的TimeServer源码分析

首先看下时间服务器的主函数：

   
      01 
       public class TimeServer {  
     
      02 
        
      03 
      /** 
     
      04 
      * @param args 
     
      05 
      * @throws IOException 
     
      06 
      */ 
     
      07 
       public static void main(String[] args) throws IOException {  
     
      08 
       int port = 8080;  
     
      09 
       if (args != null && args.length > 0) {  
     
      10 
       try {  
     
      11 
       port = Integer.valueOf(args[0]);  
     
      12 
       } catch (NumberFormatException e) {  
     
      13 
      // 采用默认值 
     
      14 
      } 
     
      15 
      } 
     
      16 
       AsyncTimeServerHandler timeServer = new AsyncTimeServerHandler(port);  
     
      17 
       new Thread(timeServer, "AIO-AsyncTimeServerHandler-001").start();  
     
      18 
      } 
     
      19 
      }

我们直接从第16行开始看，首先创建异步的时间服务器处理类，然后启动线程将AsyncTimeServerHandler拉起，代码如下：

   
      01 
       public class AsyncTimeServerHandler implements Runnable {  
     
      02 
        
      03 
           private int port;  
     
      04 
        
      05 
           CountDownLatch latch;  
     
      06 
           AsynchronousServerSocketChannel asynchronousServerSocketChannel;  
     
      07 
        
      08 
           public AsyncTimeServerHandler(int port) {  
     
      09 
           this.port = port;  
     
      10 
           try {  
     
      11 
               asynchronousServerSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel  
     
      12 
                   .open();  
     
      13 
               asynchronousServerSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));  
     
      14 
               System.out.println("The time server is start in port : " + port);  
     
      15 
           } catch (IOException e) {  
     
      16 
               e.printStackTrace();  
     
      17 
           }  
     
      18 
           }  
     
      19 
        
      20 
           /*  
     
      21 
            * (non-Javadoc)  
     
      22 
            *   
     
      23 
            * @see java.lang.Runnable#run()  
     
      24 
            */  
     
      25 
           @Override  
     
      26 
           public void run() {  
     
      27 
        
      28 
           latch = new CountDownLatch(1);  
     
      29 
           doAccept();  
     
      30 
           try {  
     
      31 
               latch.await();  
     
      32 
           } catch (InterruptedException e) {  
     
      33 
               e.printStackTrace();  
     
      34 
           }  
     
      35 
           }  
     
      36 
        
      37 
           public void doAccept() {  
     
      38 
           asynchronousServerSocketChannel.accept(this,  
     
      39 
               new AcceptCompletionHandler());  
     
      40 
           }

我们重点对AsyncTimeServerHandler进行分析，首先看8-15行，在构造方法中，我们首先创建一个异步的服务端通道AsynchronousServerSocketChannel，然后调用它的bind方法绑定监听端口，如果端口合法且没被占用，绑定成功，打印启动成功提示到控制台。
在线程的run方法中，第26行我们初始化CountDownLatch对象，它的作用是在完成一组正在执行的操作之前，允许当前的线程一直阻塞。在本例程中，我们让线程在此阻塞，防止服务端执行完成退出。在实际项目应用中，不需要启动独立的线程来处理AsynchronousServerSocketChannel，这里仅仅是个demo演示。
第24行用于接收客户端的连接，由于是异步操作，我们可以传递一个
CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A>类型的handler实例接收accept操作成功的通知消息，在本例程中我们通过AcceptCompletionHandler实例作为handler接收通知消息，下面，我们继续对AcceptCompletionHandler进行分析：

   
      01 
       public class AcceptCompletionHandler implements  
     
      02 
           CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AsyncTimeServerHandler> {  
     
      03 
        
      04 
           @Override  
     
      05 
           public void completed(AsynchronousSocketChannel result,  
     
      06 
               AsyncTimeServerHandler attachment) {  
     
      07 
           attachment.asynchronousServerSocketChannel.accept(attachment, this);  
     
      08 
           ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
     
      09 
           result.read(buffer, buffer, new ReadCompletionHandler(result));  
     
      10 
           }  
     
      11 
        
      12 
           @Override  
     
      13 
           public void failed(Throwable exc, AsyncTimeServerHandler attachment) {  
     
      14 
           exc.printStackTrace();  
     
      15 
           attachment.latch.countDown();  
     
      16 
           }  
     
      17 
      }

CompletionHandler有两个方法，分别是：

1) public void completed(AsynchronousSocketChannel result,

AsyncTimeServerHandler attachment)；

2) public void failed(Throwable exc, AsyncTimeServerHandler attachment)；

下面我们分别对这两个接口的实现进行分析：首先看completed接口的实现，代码7-10行，我们从attachment获取成员变量AsynchronousServerSocketChannel，然后继续调用它的accept方法。可能读者在此可能会心存疑惑，既然已经接收客户端成功了，为什么还要再次调用accept方法呢？原因是这样的：当我们调用AsynchronousServerSocketChannel的accept方法后，如果有新的客户端连接接入，系统将回调我们传入的CompletionHandler实例的completed方法，表示新的客户端已经接入成功，因为一个AsynchronousServerSocketChannel可以接收成千上万个客户端，所以我们需要继续调用它的accept方法，接收其它的客户端连接，最终形成一个循环。每当接收一个客户读连接成功之后，再异步接收新的客户端连接。
链路建立成功之后，服务端需要接收客户端的请求消息，代码第8行我们创建新的ByteBuffer，预分配1M的缓冲区。第8行我们通过调用AsynchronousSocketChannel的read方法进行异步读操作。下面我们看看异步read方法的参数：
1) ByteBuffer dst：接收缓冲区，用于从异步Channel中读取数据包；

2) A attachment：异步Channel携带的附件，通知回调的时候作为入参使用；

3) CompletionHandler<Integer,? super A>：接收通知回调的业务handler，本例程中为ReadCompletionHandler。

下面我们继续对ReadCompletionHandler进行分析：

   
      01 
       public class ReadCompletionHandler implements  
     
      02 
           CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {  
     
      03 
        
      04 
           private AsynchronousSocketChannel channel;  
     
      05 
        
      06 
           public ReadCompletionHandler(AsynchronousSocketChannel channel) {  
     
      07 
           if (this.channel == null)  
     
      08 
               this.channel = channel;  
     
      09 
           }  
     
      10 
        
      11 
           @Override  
     
      12 
           public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {  
     
      13 
           attachment.flip();  
     
      14 
           byte[] body = new byte[attachment.remaining()];  
     
      15 
           attachment.get(body);  
     
      16 
           try {  
     
      17 
               String req = new String(body, "UTF-8");  
     
      18 
               System.out.println("The time server receive order : " + req);  
     
      19 
               String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(req) ? new java.util.Date(  
     
      20 
                   System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";  
     
      21 
               doWrite(currentTime);  
     
      22 
           } catch (UnsupportedEncodingException e) {  
     
      23 
               e.printStackTrace();  
     
      24 
           }  
     
      25 
           }  
     
      26 
        
      27 
           private void doWrite(String currentTime) {  
     
      28 
           if (currentTime != null && currentTime.trim().length() > 0) {  
     
      29 
               byte[] bytes = (currentTime).getBytes();  
     
      30 
               ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);  
     
      31 
               writeBuffer.put(bytes);  
     
      32 
               writeBuffer.flip();  
     
      33 
               channel.write(writeBuffer, writeBuffer,  
     
      34 
                   new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {  
     
      35 
                   @Override  
     
      36 
                   public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {  
     
      37 
                       // 如果没有发送完成，继续发送  
     
      38 
                       if (buffer.hasRemaining())  
     
      39 
                       channel.write(buffer, buffer, this);  
     
      40 
                   }  
     
      41 
        
      42 
                   @Override  
     
      43 
                   public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
     
      44 
                       try {  
     
      45 
                       channel.close();  
     
      46 
                       } catch (IOException e) {  
     
      47 
                       // ingnore on close  
     
      48 
                       }  
     
      49 
                   }  
     
      50 
                   });  
     
      51 
           }  
     
      52 
           }  
     
      53 
        
      54 
           @Override  
     
      55 
           public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
     
      56 
           try {  
     
      57 
               this.channel.close();  
     
      58 
           } catch (IOException e) {  
     
      59 
               e.printStackTrace();  
     
      60 
           }  
     
      61 
           }  
     
      62 
      }

首先看构造方法，我们将AsynchronousSocketChannel通过参数传递到ReadCompletionHandler中当作成员变量来使用，主要用于读取半包消息和发送应答。本例程不对半包读写进行具体解说，对此感兴趣的可以关注后续章节对Netty半包处理的专题介绍。我们继续看代码，第12-25行是读取到消息后的处理，首先对attachment进行flip操作，为后续从缓冲区读取数据做准备。根据缓冲区的可读字节数创建byte数组，然后通过new String方法创建请求消息，对请求消息进行判断，如果是”QUERY TIME ORDER”则获取当前系统服务器的时间，调用doWrite方法发送给客户端。下面我们对doWrite方法进行详细分析。

跳到代码第28行，首先对当前时间进行合法性校验，如果合法，调用字符串的解码方法将应答消息编码成字节数组，然后将它拷贝到发送缓冲区writeBuffer中，最后调用AsynchronousSocketChannel的异步write方法。正如前面介绍的异步read方法一样，它也有三个与read方法相同的参数，在本例程中我们直接实现write方法的异步回调接口CompletionHandler，代码跳到第24行，对发送的writeBuffer进行判断，如果还有剩余的字节可写，说明没有发送完成，需要继续发送，直到发送成功。

最后，我们关注下failed方法，它的实现很简单，就是当发生异常的时候，我们对异常Throwable进行判断，如果是IO异常，就关闭链路，释放资源，如果是其它异常，按照业务自己的逻辑进行处理。本例程作为简单demo，没有对异常进行分类判断，只要发生了读写异常，就关闭链路，释放资源。

异步非阻塞IO版本的时间服务器服务端已经介绍完毕，下面我们继续看客户端的实现。

《Netty 权威指南》—— AIO 创建的TimeServer源码分析

AIO 创建的TimeServer源码分析

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