Socket結合線程池使用實現客戶端和服務端通信demo

更新時間：2022年03月10日 17:03:53 作者：Q.E.D

這篇文章主要為大家介紹了Socket結合線程池的使用來實現客戶端和服務端通信實戰(zhàn)demo，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步

引導語

Socket 面試最終題一般都是讓你寫一個簡單的客戶端和服務端通信的例子，本文就帶大家一起來寫這個 demo。

1、要求

可以使用 Socket 和 ServiceSocket 以及其它 API；
寫一個客戶端和服務端之間 TCP 通信的例子；
服務端處理任務需要異步處理；
因為服務端處理能力很弱，只能同時處理 5 個請求，當第六個請求到達服務器時，需要服務器返回明確的錯誤信息：服務器太忙了，請稍后重試~。

需求比較簡單，唯一復雜的地方在于第四點，我們需要對客戶端的請求量進行控制，首先我們需要確認的是，我們是無法控制客戶端發(fā)送的請求數的，所以我們只能從服務端進行改造，比如從服務端進行限流。

有的同學可能很快想到，我們應該使用 ServerSocket 的 backlog 的屬性，把其設置成 5，但我們在上一章中說到 backlog 并不能準確代表限制的客戶端連接數，而且我們還要求服務端返回具體的錯誤信息，即使 backlog 生效，也只會返回固定的錯誤信息，不是我們定制的錯誤信息。

我們好好想想，線程池似乎可以做這個事情，我們可以把線程池的 coreSize 和 maxSize 都設置成 4，把隊列大小設置成 1，這樣服務端每次收到請求后，會先判斷一下線程池中的隊列有沒有數據，如果有的話，說明當前服務器已經馬上就要處理第五個請求了，當前請求就是第六個請求，應該被拒絕。

正好線程池的加入也可以滿足第三點，服務端的任務可以異步執(zhí)行。

2、客戶端代碼

客戶端的代碼比較簡單，直接向服務器請求數據即可，代碼如下：

public class SocketClient {
  private static final Integer SIZE = 1024;
  private static final ThreadPoolExecutor socketPoll = new ThreadPoolExecutor(50, 50,
                                                                               365L,
                                                                               TimeUnit.DAYS,
                                                                               new LinkedBlockingQueue<>(400));
  @Test
  public void test() throws InterruptedException {
    // 模擬客戶端同時向服務端發(fā)送 6 條消息
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
      socketPoll.submit(() -> {
        send("localhost", 7007, "nihao");
      });
    }
    Thread.sleep(1000000000);
  }
  /**
   * 發(fā)送tcp
   *
   * @param domainName 域名
   * @param port       端口
   * @param content    發(fā)送內容
   */
  public static String send(String domainName, int port, String content) {
    log.info("客戶端開始運行");
    Socket socket = null;
    OutputStream outputStream = null;
    InputStreamReader isr = null;
    BufferedReader br = null;
    InputStream is = null;
    StringBuffer response = null;
    try {
      if (StringUtils.isBlank(domainName)) {
        return null;
      }
      // 無參構造器初始化 Socket，默認底層協(xié)議是 TCP
      socket = new Socket();
      socket.setReuseAddress(true);
      // 客戶端準備連接服務端，設置超時時間 10 秒
      socket.connect(new InetSocketAddress(domainName, port), 10000);
      log.info("TCPClient 成功和服務端建立連接");
      // 準備發(fā)送消息給服務端
      outputStream = socket.getOutputStream();
      // 設置 UTF 編碼，防止亂碼
      byte[] bytes = content.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
      // 輸出字節(jié)碼
      segmentWrite(bytes, outputStream);
      // 關閉輸出
      socket.shutdownOutput();
      log.info("TCPClient 發(fā)送內容為 {}",content);
      // 等待服務端的返回
      socket.setSoTimeout(50000);//50秒還沒有得到數據，直接斷開連接
      // 得到服務端的返回流
      is = socket.getInputStream();
      isr = new InputStreamReader(is);
      br = new BufferedReader(isr);
      // 從流中讀取返回值
      response = segmentRead(br);
      // 關閉輸入流
      socket.shutdownInput();
      //關閉各種流和套接字
      close(socket, outputStream, isr, br, is);
      log.info("TCPClient 接受到服務端返回的內容為 {}",response);
      return response.toString();
    } catch (ConnectException e) {
      log.error("TCPClient-send socket連接失敗", e);
      throw new RuntimeException("socket連接失敗");
    } catch (Exception e) {
      log.error("TCPClient-send unkown errror", e);
      throw new RuntimeException("socket連接失敗");
    } finally {
      try {
        close(socket, outputStream, isr, br, is);
      } catch (Exception e) {
        // do nothing
      }
    }
  }
  /**
   * 關閉各種流
   *
   * @param socket
   * @param outputStream
   * @param isr
   * @param br
   * @param is
   * @throws IOException
   */
  public static void close(Socket socket, OutputStream outputStream, InputStreamReader isr,
                           BufferedReader br, InputStream is) throws IOException {
    if (null != socket && !socket.isClosed()) {
      try {
        socket.shutdownOutput();
      } catch (Exception e) {
      }
      try {
        socket.shutdownInput();
      } catch (Exception e) {
      }
      try {
        socket.close();
      } catch (Exception e) {
      }
    }
    if (null != outputStream) {
      outputStream.close();
    }
    if (null != br) {
      br.close();
    }
    if (null != isr) {
      isr.close();
    }
    if (null != is) {
      is.close();
    }
  }
  /**
   * 分段讀
   *
   * @param br
   * @throws IOException
   */
  public static StringBuffer segmentRead(BufferedReader br) throws IOException {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
      sb.append(line);
    }
    return sb;
  }
  /**
   * 分段寫
   *
   * @param bytes
   * @param outputStream
   * @throws IOException
   */
  public static void segmentWrite(byte[] bytes, OutputStream outputStream) throws IOException {
    int length = bytes.length;
    int start, end = 0;
    for (int i = 0; end != bytes.length; i++) {
      start = i == 0 ? 0 : i * SIZE;
      end = length > SIZE ? start + SIZE : bytes.length;
      length -= SIZE;
      outputStream.write(bytes, start, end - start);
      outputStream.flush();
    }
  }
}

客戶端代碼中我們也用到了線程池，主要是為了并發(fā)模擬客戶端一次性發(fā)送 6 個請求，按照預期服務端在處理第六個請求的時候，會返回特定的錯誤信息給客戶端。

以上代碼主要方法是 send 方法，主要處理像服務端發(fā)送數據，并處理服務端的響應。

3、服務端代碼

服務端的邏輯分成兩個部分，第一部分是控制客戶端的請求個數，當超過服務端的能力時，拒絕新的請求，當服務端能力可響應時，放入新的請求，第二部分是服務端任務的執(zhí)行邏輯。

3.1、對客戶端請求進行控制

public class SocketServiceStart {
  /**
   * 服務端的線程池，兩個作用
   * 1：讓服務端的任務可以異步執(zhí)行
   * 2：管理可同時處理的服務端的請求數
   */
  private static final ThreadPoolExecutor collectPoll = new ThreadPoolExecutor(4, 4,
                                                                               365L,
                                                                               TimeUnit.DAYS,
                                                                               new LinkedBlockingQueue<>(
                                                                                   1));
  @Test
  public void test(){
    start();
  }
  /**
   * 啟動服務端
   */
  public static final void start() {
    log.info("SocketServiceStart 服務端開始啟動");
    try {
      // backlog  serviceSocket處理阻塞時，客戶端最大的可創(chuàng)建連接數，超過客戶端連接不上
      // 當線程池能力處理滿了之后，我們希望盡量阻塞客戶端的連接
//      ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7007,1,null);
      // 初始化服務端
      ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
      serverSocket.setReuseAddress(true);
//      serverSocket.bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress(), 80));
      serverSocket.bind(new InetSocketAddress("localhost", 7007));
      log.info("SocketServiceStart 服務端啟動成功");
      // 自旋，讓客戶端一直在取客戶端的請求，如果客戶端暫時沒有請求，會一直阻塞
      while (true) {
        // 接受客戶端的請求
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 如果隊列中有數據了，說明服務端已經到了并發(fā)處理的極限了，此時需要返回客戶端有意義的信息
        if (collectPoll.getQueue().size() >= 1) {
          log.info("SocketServiceStart 服務端處理能力到頂，需要控制客戶端的請求");
          //返回處理結果給客戶端
          rejectRequest(socket);
          continue;
        }
        try {
          // 異步處理客戶端提交上來的任務
          collectPoll.submit(new SocketService(socket));
        } catch (Exception e) {
          socket.close();
        }
      }
    } catch (Exception e) {
      log.error("SocketServiceStart - start error", e);
      throw new RuntimeException(e);
    } catch (Throwable e) {
      log.error("SocketServiceStart - start error", e);
      throw new RuntimeException(e);
    }
  }
	// 返回特定的錯誤碼給客戶端
  public static void rejectRequest(Socket socket) throws IOException {
    OutputStream outputStream = null;
    try{
      outputStream = socket.getOutputStream();
      byte[] bytes = "服務器太忙了，請稍后重試~".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
      SocketClient.segmentWrite(bytes, outputStream);
      socket.shutdownOutput();
    }finally {
      //關閉流
      SocketClient.close(socket,outputStream,null,null,null);
    }
  }
}

我們使用 collectPoll.getQueue().size() >= 1 來判斷目前服務端是否已經到達處理的極限了，如果隊列中有一個任務正在排隊，說明當前服務端已經超負荷運行了，新的請求應該拒絕掉，如果隊列中沒有數據，說明服務端還可以接受新的請求。

以上代碼注釋詳細，就不累贅說了。

3.2、服務端任務的處理邏輯

服務端的處理邏輯比較簡單，主要步驟是：從客戶端的 Socket 中讀取輸入，進行處理，把響應返回給客戶端。

我們使用線程沉睡 2 秒來模擬服務端的處理邏輯，代碼如下：

public class SocketService implements Runnable {
  private Socket socket;
  public SocketService() {
  }
  public SocketService(Socket socket) {
    this.socket = socket;
  }
  @Override
  public void run() {
    log.info("SocketService 服務端任務開始執(zhí)行");
    OutputStream outputStream = null;
    InputStream is = null;
    InputStreamReader isr = null;
    BufferedReader br = null;
    try {
      //接受消息
      socket.setSoTimeout(10000);// 10秒還沒有得到數據，直接斷開連接
      is = socket.getInputStream();
      isr = new InputStreamReader(is,"UTF-8");
      br = new BufferedReader(isr);
      StringBuffer sb = SocketClient.segmentRead(br);
      socket.shutdownInput();
      log.info("SocketService accept info is {}", sb.toString());
      //服務端處理 模擬服務端處理耗時
      Thread.sleep(2000);
      String response  = sb.toString();
      //返回處理結果給客戶端
      outputStream = socket.getOutputStream();
      byte[] bytes = response.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
      SocketClient.segmentWrite(bytes, outputStream);
      socket.shutdownOutput();
      //關閉流
      SocketClient.close(socket,outputStream,isr,br,is);
      log.info("SocketService 服務端任務執(zhí)行完成");
    } catch (IOException e) {
      log.error("SocketService IOException", e);
    } catch (Exception e) {
      log.error("SocketService Exception", e);
    } finally {
      try {
        SocketClient.close(socket,outputStream,isr,br,is);
      } catch (IOException e) {
        log.error("SocketService IOException", e);
      }
    }
  }
}