Java 异步 I/O (NIO.2) 实战指南

本文目录#

• NIO.2 异步模型概览
• 核心 API
• 示例：异步 Echo 服务器
• 调优建议
• 自检清单
• 参考资料

NIO.2 异步模型概览#

Java 7 引入 AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel 与 AsynchronousFileChannel，在支持的平台上利用操作系统异步 I/O 能力（Windows IOCP、Linux AIO/epoll 模拟）。它通过回调或 Future 获取结果，减少线程阻塞。

核心 API#

• 连接：AsynchronousServerSocketChannel#accept、AsynchronousSocketChannel#connect
• 读写：read(ByteBuffer dst, A attachment, CompletionHandler<Integer, ? super A>)
• 文件传输：AsynchronousFileChannel#read/#write、transferTo 搭配 CompletionHandler
• 线程池：默认使用系统线程池，可通过 AsynchronousChannelGroup 自定义。

示例：异步 Echo 服务器#

AsynchronousChannelGroup group = AsynchronousChannelGroup.withFixedThreadPool(4, Executors.defaultThreadFactory());
AsynchronousServerSocketChannel server = AsynchronousServerSocketChannel.open(group)
    .bind(new InetSocketAddress(8080));
server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
    @Override
    public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void att) {
        server.accept(null, this); // 接受下一连接
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
            public void completed(Integer result, ByteBuffer buf) {
                buf.flip();
                client.write(buf, buf, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
                    public void completed(Integer r, ByteBuffer b) {
                        if (b.hasRemaining()) {
                            client.write(b, b, this);
                        } else {
                            b.clear();
                            client.read(b, b, this);
                        }
                    }
                    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer b) { closeQuietly(client); }
                });
            }
            public void failed(Throwable exc, ByteBuffer buf) { closeQuietly(client); }
        });
    }
    @Override
    public void failed(Throwable exc, Void att) {
        exc.printStackTrace();
    }
});

调优建议#

• 使用 AsynchronousChannelGroup 控制线程数，避免与 CPU 核心失衡；
• 大量小 I/O 操作仍可考虑 Netty 等 Reactor 框架，异步文件适合大文件复制；
• 在 Linux 上，NIO.2 异步文件操作内部可能退化为线程池模拟，需评估性能。

自检清单#

• 是否理解 CompletionHandler 的生命周期，避免重复触发？
• 是否正确处理异常与关闭通道？
• 是否根据工作负载调整异步通道组线程池？

参考资料#

• Oracle Java Tutorials - Asynchronous I/O：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/io/file.html#async
• Java SE 8 API - java.nio.channels 包：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/nio/channels/package-summary.html
• Netty 使用指南：https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html

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