Java中的异步I/O（Asynchronous I/O）是一种处理输入输出操作的方式，它允许应用程序在进行I/O操作时不被阻塞，而是在后台进行其他任务。通过异步I/O，应用程序可以以一种高效且非阻塞的方式处理大量的并发请求。
在传统的同步I/O模型中，当应用程序发起一个I/O请求时，它会被阻塞，直到I/O操作完成并返回结果。在这个过程中，CPU无法执行其他任务，这可能导致系统性能下降。相比之下，异步I/O模型允许应用程序在发起I/O请求后继续执行其他任务，而不必等待I/O操作的完成。
Java提供了异步I/O的支持，主要通过Java NIO（New I/O）库中的一些类和方法实现。其中，最重要的是java.nio.channels.AsynchronousChannel接口和java.nio.channels.CompletionHandler接口。
AsynchronousChannel接口代表了一个可以进行异步I/O操作的通道，它提供了异步读取和写入数据的方法。通过调用这些方法，应用程序可以发起I/O请求并立即返回，而不必等待操作完成。
CompletionHandler接口则定义了在I/O操作完成时的回调方法。当I/O操作完成后，系统会调用相关的回调方法，并将操作的结果作为参数传递给回调方法。通过回调方法，应用程序可以处理I/O操作的结果，并继续执行其他任务。
下面是一个使用异步I/O的实际案例，假设我们需要从多个URL中下载图片，并在下载完成后进行一些处理：
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousFileChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.concurrent.Future;
public class AsyncIOExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String[] urls = { "https://example.com/image1.jpg", "https://example.com/image2.jpg", "https://example.com/image3.jpg" };
for (String url : urls) {
downloadImage(url);
}
// 后续处理
// ...
}
private static void downloadImage(String url) throws Exception {
Path path = Path.of("images/", url.substring(url.lastIndexOf('/') + 1));
AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(
path, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE);
HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
.uri(URI.create(url))
.build();
CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> completionHandler = new CompletionHandler<>() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {
buffer.flip();
try {
Future<Integer> writeResult = fileChannel.write(buffer, 0);
writeResult.get(); // 等待写入完成
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
buffer.clear();
// 下载完成后的处理
// ...
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer buffer) {
exc.printStackTrace();
}
};
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 8);
client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofPublisher())
.thenApply(HttpResponse::body)
.thenAccept(body -> {
body.subscribe(buffer::put, completionHandler::failed, () -> completionHandler.completed(-1, buffer));
});
}
}
在上面的示例中，我们通过异步I/O下载多个图片，并将其保存到本地文件系统中。在downloadImage方法中，我们使用AsynchronousFileChannel打开一个文件通道，并发起HTTP请求以获取图片数据。在HTTP响应的回调方法中，我们将图片数据写入文件通道，并在写入完成后进行一些处理。
Java中的异步I/O提供了一种高效处理输入输出操作的方式。通过使用异步I/O，我们可以在进行I/O操作时不被阻塞，而是继续执行其他任务。这对于需要处理大量并发请求或需要响应性能较高的应用程序非常有用。