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java 异步机制与同步机制的区别

2017年11月30日 ⁄ 综合 ⁄ 共 6827字 ⁄ 字号 评论关闭

所谓异步输入输出机制,是指在进行输入输出处理时,不必等到输入输出处理完毕才返回。所以异步的同义语是非阻塞(None Blocking)。

举个例子:普通B/S模式(同步)AJAX技术(异步)  

同步:提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回,这个期间客户端浏览器不能干任何事
 

异步: 请求通过事件触发->服务器处理(这是浏览器仍然可以作其他事情)->处理完毕

同步就是你叫我去吃饭,我听到了就和你去吃饭;如果没有听到,你就不停的叫,直到我告诉你听到了,才一起去吃饭。  

异步就是你叫我去吃饭,然后自己去吃饭,我得到消息后可能立即走,也可能等到下班才去吃饭。  

所以,要我请你吃饭就用同步的方法,要请我吃饭就用异步的方法,这样你可以省钱。

以通讯为例  

同步:发送一个请求,等待返回,然后再发送下一个请求
 

异步:发送一个请求,不等待返回,随时可以再发送下一个请求
 

并发:同时发送多个请求

下面再转一段关于java异步应用的文章

 用异步输入输出流编写Socket进程通信程序

    在Merlin中加入了用于实现异步输入输出机制的应用程序接口包:java.nio(新的输入输出包,定义了很多基本类型缓冲(Buffer)), java.nio.channels(通道及选择器等,用于异步输入输出),java.nio.charset(字符的编码解码)。通道 (Channel)首先在选择器(Selector)中注册自己感兴趣的事件,当相应的事件发生时,选择器便通过选择键(SelectionKey)通知已注册的通道。然后通道将需要处理的信息,通过缓冲(Buffer)打包,编码/解码,完成输入输出控制。

   通道介绍

    这里主要介绍ServerSocketChannel和 SocketChannel.它们都是可选择的(selectable)通道,分别可以工作在同步和异步两种方式下(注意,这里的可选择不是指可以选择两种工作方式,而是指可以有选择的注册自己感兴趣的事件)。可以用channel.configureBlocking(Boolean )来设置其工作方式。与以前版本的API相比较,ServerSocketChannel就相当于ServerSocket
(ServerSocketChannel封装了ServerSocket),而SocketChannel就相当于Socket (SocketChannel封装了Socket)。当通道工作在同步方式时,编程方法与以前的基本相似,这里主要介绍异步工作方式。

所谓异步输入输出机制,是指在进行输入输出处理时,不必等到输入输出处理完毕才返回。所以异步的同义语是非阻塞(None Blocking)。在服务器端,ServerSocketChannel通过静态函数open()返回一个实例serverChl。然后该通道调用 serverChl.socket().bind()绑定到服务器某端口,并调用register(Selector sel, SelectionKey.OP_ACCEPT)注册OP_ACCEPT事件到一个选择器中(ServerSocketChannel只可以注册
OP_ACCEPT事件)。当有客户请求连接时,选择器就会通知该通道有客户连接请求,就可以进行相应的输入输出控制了;在客户端,clientChl实例注册自己感兴趣的事件后(可以是OP_CONNECT,OP_READ,OP_WRITE的组合),调用clientChl.connect (InetSocketAddress )连接服务器然后进行相应处理。注意,这里的连接是异步的,即会立即返回而继续执行后面的代码。

选择器和选择键介绍:

    选择器(Selector)的作用是:将通道感兴趣的事件放入队列中,而不是马上提交给应用程序,等已注册的通道自己来请求处理这些事件。换句话说,就是选择器将会随时报告已经准备好了的通道,而且是按照先进先出的顺序。那么,选择器是通过什么来报告的呢?选择键(SelectionKey)。选择键的作用就是表明哪个通道已经做好了准备,准备干什么。你也许马上会想到,那一定是已注册的通道感兴趣的事件。不错,例如对于服务器端serverChl来说,可以调用key.isAcceptable()来通知serverChl有客户端连接请求。相应的函数还有:
SelectionKey.isReadable(),SelectionKey.isWritable()。一般的,在一个循环中轮询感兴趣的事件(具体可参照下面的代码)。如果选择器中尚无通道已注册事件发生,调用Selector.select()将阻塞,直到有事件发生为止。另外,可以调用 selectNow()或者select(long timeout)。前者立即返回,没有事件时返回0值;后者等待timeout时间后返回。一个选择器最多可以同时被63个通道一起注册使用。

应用实例

    下面是用异步输入输出机制实现的客户/服务器实例程序服务度程序清单1(限于篇幅,只给出了服务器端实现,读者可以参照着实现客户端代码):

package com.stone.TbuYbuDemo;

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectableChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.CharacterCodingException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

//异步调用服务
@SuppressWarnings("rawtypes")
public class NBlockingServer {
	int port = 8000;
	int BUFFERSIZE = 1024;
	Selector selector = null;
	ServerSocketChannel serverChannel = null;
	HashMap clientChannelMap = null;// 用来存放每一个客户连接对应的套接字和通道

	@SuppressWarnings("rawtypes")
	public NBlockingServer(int port) {
		this.clientChannelMap = new HashMap();
		this.port = port;
	}

	// 初始化,分别实例化一个选择器,一个服务器端可选择通道
	public void initialize() throws IOException {
		this.selector = Selector.open();
		this.serverChannel = ServerSocketChannel.open();
		this.serverChannel.configureBlocking(false);
		InetAddress localhost = InetAddress.getLocalHost();
		InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress(localhost, this.port);
		this.serverChannel.socket().bind(isa);// 将该套接字绑定到服务器某一可用端口
	}

	// 结束时释放资源
	public void finalize() throws IOException {
		this.serverChannel.close();
		this.selector.close();
	}

	// 将读入字节缓冲的信息解码
	public String decode(ByteBuffer byteBuffer) throws CharacterCodingException {
		Charset charset = Charset.forName("ISO-8859-1");
		CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
		CharBuffer charBuffer = decoder.decode(byteBuffer);
		String result = charBuffer.toString();
		return result;
	}

	// 监听端口,当通道准备好时进行相应操作
	@SuppressWarnings("unchecked")
	public void portListening() throws IOException, InterruptedException {
		// 服务器端通道注册OP_ACCEPT事件
		SelectionKey acceptKey = this.serverChannel.register(this.selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
		// 当有已注册的事件发生时,select()返回值将大于0
		while (acceptKey.selector().select() > 0) {
			System.out.println("event happened");
			Set readyKeys = this.selector.selectedKeys();	// 取得所有已经准备好的所有选择键
			Iterator i = readyKeys.iterator();		// 使用迭代器对选择键进行轮询
			
			while (i.hasNext()) {
				SelectionKey key = (SelectionKey)i.next();
				i.remove();			// 删除当前将要处理的选择键
				if ( key.isAcceptable() ) {//如果是有客户端连接请求
                    System.out.println("more client connect in!");
                    ServerSocketChannel nextReady =(ServerSocketChannel)key.channel();
                    //获取客户端套接字
                    Socket s = nextReady.accept(); 
					s.getChannel().configureBlocking(false);		// 设置对应的通道为异步方式并注册感兴趣事件
					SelectionKey readWriteKey = s.getChannel().register(this.selector,SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
					// 将注册的事件与该套接字联系起来
					readWriteKey.attach(s);
					// 将当前建立连接的客户端套接字及对应的通道存放在哈希表//clientChannelMap中
					this.clientChannelMap.put(s,new ClientChInstance(s.getChannel()));
				} else if (key.isReadable()) {// 如果是通道读准备好事件
					System.out.println("Readable");
					// 取得选择键对应的通道和套接字
					SelectableChannel nextReady = (SelectableChannel) key.channel();
					Socket socket = (Socket) key.attachment();
					// 处理该事件,处理方法已封装在类ClientChInstance中
					this.readFromChannel(socket.getChannel(),(ClientChInstance) this.clientChannelMap.get(socket));
				} else if (key.isWritable()) {// 如果是通道写准备好事件
					System.out.println("writeable");
					// 取得套接字后处理,方法同上
					Socket socket = (Socket) key.attachment();
					SocketChannel channel = (SocketChannel) socket.getChannel();
					this.writeToChannel(channel, "This is from server!");
				}
			}
		}
	}

	// 对通道的写操作
	@SuppressWarnings("unused")
	public void writeToChannel(SocketChannel channel, String message)
			throws IOException {
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
		int nbytes = channel.write(buf);
	}

	// 对通道的读操作
	@SuppressWarnings("unused")
	public void readFromChannel(SocketChannel channel,
			ClientChInstance clientInstance) throws IOException,
			InterruptedException {
		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BUFFERSIZE);
		int nbytes = channel.read(byteBuffer);
		byteBuffer.flip();
		String result = this.decode(byteBuffer);
		// 当客户端发出”@exit”退出命令时,关闭其通道
		if (result.indexOf("@exit") >= 0) {
			channel.close();
		} else {
			clientInstance.append(result.toString());
			// 读入一行完毕,执行相应操作
			if (result.indexOf("\n") >= 0) {
				System.out.println("client input" + result);
				clientInstance.execute();
			}
		}
	}

	// 该类封装了怎样对客户端的通道进行操作,具体实现可以通过重载execute()方法
	public class ClientChInstance {
		SocketChannel channel;
		StringBuffer buffer = new StringBuffer();

		public ClientChInstance(SocketChannel channel) {
			this.channel = channel;
		}

		public void execute() throws IOException {
			String message = "This is response after reading from channel!";
			writeToChannel(this.channel, message);
			buffer = new StringBuffer();
		}

		// 当一行没有结束时,将当前字窜置于缓冲尾
		public void append(String values) {
			buffer.append(values);
		}
	}

	// 主程序
	public static void main(String[] args) {
		NBlockingServer nbServer = new NBlockingServer(8000);
		try {
			nbServer.initialize();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			System.exit(-1);
		}
		try {
			nbServer.portListening();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

小结

从以上程序段可以看出,服务器端没有引入多余线程就完成了多客户的客户/服务器模式。该程序中使用了回调模式(CALLBACK),细心的读者应该早就看出来了。需要注意的是,请不要将原来的输入输出包与新加入的输入输出包混用,因为出于一些原因的考虑,这两个包并不兼容。即使用通道时请使用缓冲完成输入输出控制。该程序在Windows2000,J2SE1.4下,用telnet测试成功。


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