Java同步阻塞怎么實現(xiàn)

本篇內(nèi)容介紹了“Java同步阻塞怎么實現(xiàn)”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

一：分布式架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信

在分布式服務(wù)框架中，一個最基礎(chǔ)的問題就是遠(yuǎn)程服務(wù)是怎么通訊的，在Java領(lǐng)域中有很多可實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊的技 術(shù)，例如：RMI、Hessian、SOAP、ESB和JMS等

1.1：基本原理

要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)機器間的通訊，需要做的就是將流從一臺計算機傳輸?shù)搅硗庖慌_計算機，基于傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)IO來實現(xiàn)。

• 其中傳輸協(xié)議比較出名的有tcp、udp等，tcp、udp都是在基于Socket概念上為某類應(yīng)用場景而擴(kuò)展出的傳輸協(xié)議。

• 網(wǎng)絡(luò)IO，主要有BIO、NIO、AIO三種方式

1.2：RPC

RPC全稱為remote procedure call，即遠(yuǎn)程過程調(diào)用。借助RPC可以做到像本地調(diào)用一樣調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)，是一種進(jìn)程間的通信方式。常見的RPC框架有：Hessian、gRPC、Thrift、HSF、Dubbo等。

注意：需要注意的是RPC并不是一個具體的技術(shù)，而是指整個網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用過程；對 于RPC框架而言，核心模塊就是通訊和序列化 。

遠(yuǎn)程過程調(diào)用分為兩種，現(xiàn)在在服務(wù)間通信的方式也基本以這兩種為主:

• 是基于HTTP的restful形式的廣義遠(yuǎn)程調(diào)用，以spring could的feign和restTemplate為代表，采用的協(xié)議是HTTP的7層調(diào)用協(xié)議，并且協(xié)議的參數(shù)和響應(yīng)序列化基本以JSON格式和XML格式為主。

• 是基于TCP的狹義的RPC遠(yuǎn)程調(diào)用，以阿里的Dubbo為代表，主要通過netty來實現(xiàn)4層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，NIO來異步傳輸，序列化可以是JSON或者h(yuǎn)essian2以及java自帶的序列化等，可以配置。

1.2.1 RPC架構(gòu)

一個完整的RPC架構(gòu)里面包含了四個核心的組件，分別是Client，Client Stub，Server以及Server Stub，這個Stub 可以理解為存根。

• 客戶端(Client)，服務(wù)的調(diào)用方。

• 客戶端存根(Client Stub)，存放服務(wù)端的地址消息，再將客戶端的請求參數(shù)打包成網(wǎng)絡(luò)消息，然后通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送給服務(wù)方。

• 服務(wù)端(Server)，真正的服務(wù)提供者。

• 服務(wù)端存根(Server Stub)，接收客戶端發(fā)送過來的消息，將消息解包，并調(diào)用本地的方法。

1.2.2 RPC調(diào)用過程

注意：無論是何種類型的數(shù)據(jù)，最終都需要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)的發(fā)送方需要將對象轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流（序列化），而數(shù)據(jù)的接收方則需要把二進(jìn)制流再恢復(fù)為對象（反序列化）。

1.3：RMI

Java RMI 指的是遠(yuǎn)程方法調(diào)用 (Remote Method Invocation),是java原生支持的遠(yuǎn)程調(diào)用 ,采用JRMP（Java Remote Messageing protocol）作為通信協(xié)議，可以認(rèn)為是純java版本的分布式遠(yuǎn)程調(diào)用解決方案， RMI主要用 于不同虛擬機之間的通信，這些虛擬機可以在不同的主機上、也可以在同一個主機上，因此這里的通信可以理解為一個 虛擬機上的對象調(diào)用另一個虛擬機上對象的方法。

1.3.1 RMI簡介

注冊表：
注冊表(Registry)：以URL形式注冊遠(yuǎn)程對象，并向客戶端回復(fù)對遠(yuǎn)程對象的引用。

客戶端：

1. 存根/樁(Stub)：遠(yuǎn)程對象在客戶端上的代理；

2. 遠(yuǎn)程引用層(Remote Reference Layer)：解析并執(zhí)行遠(yuǎn)程引用協(xié)議；

3. 傳輸層(Transport)：發(fā)送調(diào)用、傳遞遠(yuǎn)程方法參數(shù)、接收遠(yuǎn)程方法執(zhí)行結(jié)果。

服務(wù)端：

1. 骨架(Skeleton)：讀取客戶端傳遞的方法參數(shù)，調(diào)用服務(wù)器方的實際對象方法，并接收方法執(zhí)行后的返回值；

2. 遠(yuǎn)程引用層(Remote Reference Layer)：處理遠(yuǎn)程引用后向骨架發(fā)送遠(yuǎn)程方法調(diào)用；

3. 傳輸層(Transport)：監(jiān)聽客戶端的入站連接，接收并轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用到遠(yuǎn)程引用層。

1.3.2 RMI調(diào)用過程

遠(yuǎn)程調(diào)用過程：
1）客戶端從遠(yuǎn)程服務(wù)器的注冊表中查詢并獲取遠(yuǎn)程對象引用。
2）樁對象與遠(yuǎn)程對象具有相同的接口和方法列表，當(dāng)客戶端調(diào)用遠(yuǎn)程對象時，實際上是由相應(yīng)的樁對象代理完成的。
3 ) 遠(yuǎn)程引用層在將樁的本地引用轉(zhuǎn)換為服務(wù)器上對象的遠(yuǎn)程引用后，再將調(diào)用傳遞給傳輸層(Transport)，由傳輸層通 過TCP協(xié)議發(fā)送調(diào)用；
4）在服務(wù)器端，傳輸層監(jiān)聽入站連接，它一旦接收到客戶端遠(yuǎn)程調(diào)用后，就將這個引用轉(zhuǎn)發(fā)給其上層的遠(yuǎn)程引用層；
5）服務(wù)器端的遠(yuǎn)程引用層將客戶端發(fā)送的遠(yuǎn)程應(yīng)用轉(zhuǎn)換為本地虛擬機的引用后，再將請求傳遞給骨架(Skeleton)；
6）骨架讀取參數(shù)，又將請求傳遞給服務(wù)器，最后由服務(wù)器進(jìn)行實際的方法調(diào)用。

1.4：BIO、NIO、AIO

BIO：同步阻塞的；NIO：同步非阻塞的；AIO：異步非阻塞的。

同步與異步（針對應(yīng)用程序與內(nèi)核的交互）：

• 同步：用戶進(jìn)程觸發(fā)IO操作時，使用等待或者輪訓(xùn)的方式查看IO操作是否就緒。
  例如：銀行取錢,我自己去取錢,取錢的過程中等待。

• 異步：當(dāng)一個異步進(jìn)程調(diào)用發(fā)出之后，調(diào)用者不會立刻得到結(jié)果。而是在調(diào)用發(fā)出之后，被調(diào)用者通過狀態(tài)、通知來通知調(diào)用者，或者通過回調(diào)函數(shù)來處理這個調(diào)用。
  例如：我請朋友幫我取錢,他取到錢后返回給我.

阻塞與非阻塞（針對進(jìn)程訪問數(shù)據(jù)（讀寫操作）的時候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)采取不同的方式）：

• 阻塞：阻塞方式下讀取和寫入將一直等待。
  例： ATM機排隊取款，你只能一直等待排隊取款

• 非阻塞：使用非阻塞IO時，如果不能讀寫Java調(diào)用會馬上返回，當(dāng)IO事件分發(fā)器會通知可讀寫時再繼續(xù)進(jìn)行讀寫，不斷循環(huán)直到讀寫完成
  例：柜臺取款，取個號，然后坐在椅子上做其他事，等廣播通知，沒到你的號你就不能去，但你可以不斷的問大堂經(jīng)理排到了沒有。

1.4.1 BIO（同步阻塞）

BIO：同步阻塞IO，B代表blocking。服務(wù)器實現(xiàn)模式為一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務(wù)器端就需要啟動一個線程進(jìn)行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當(dāng)然可以通過線程池機制改善。

簡單實現(xiàn)：

1. 服務(wù)端代碼

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
        while (true){
            // 同步阻塞
            Socket socket = serverSocket.accept();
            new Thread(()->{
                try {
                    byte[] bytes = new byte[1024];
                    int len = socket.getInputStream().read(bytes);
                    System.out.println(new String(bytes,0,len));
                    socket.getOutputStream().write(bytes,0,len);
                    socket.getOutputStream().flush();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }

2. 客戶端代碼

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        socket.getOutputStream().write("hello".getBytes());
        socket.getOutputStream().flush();
        System.out.println("server send back data =====");
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = socket.getInputStream().read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
    }

1.4.2 NIO（同步非阻塞）

同步非阻塞IO （non-blocking IO / new io）。服務(wù)器實現(xiàn)模式為一個請求對應(yīng)一個通道（Channel），即客戶端發(fā)送的連接請求都會注冊到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有IO請求時才啟動一個線程進(jìn)行處理。

• 通道(Channels)：Channel 數(shù)據(jù)連接的通道。 數(shù)據(jù)可以從Channel讀到Buffer中，也可以從Buffer 寫到Channel中 .

• 緩沖區(qū)（Buffers）：通道channel可以向緩沖區(qū)Buffer中寫數(shù)據(jù)，也可以像buffer中存數(shù)據(jù)。

• 選擇器（Selector）：使用選擇器，借助單一線程，就可對數(shù)量龐大的活動 I/O 通道實時監(jiān)控和維護(hù)。

NIO的特點

當(dāng)一個連接創(chuàng)建后，不會需要對應(yīng)一個線程，這個連接會被注冊到多路復(fù)用器，所有的連接只需要一個線程就可以操作，該線程的多路復(fù)用器會輪詢，發(fā)現(xiàn)連接有請求時，才開啟一個線程處理。

NIO模型中selector的作用，一條連接來了之后，現(xiàn)在不創(chuàng)建一個while死循環(huán)去監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)可讀了，而是直接把這條連接注冊到selector上，然后，通過檢查這個selector，就可以批量監(jiān)測出有數(shù)據(jù)可讀的連接，進(jìn)而讀取數(shù)據(jù)，

NIO的使用

nio的使用示例

1.4.3 AIO（異步非阻塞）

異步非阻塞IO。A代表asynchronize

特點：

• 當(dāng)有流可以讀時,操作系統(tǒng)會將可以讀的流傳入read方法的緩沖區(qū),并通知應(yīng)用程序,

• 對于寫操作,OS將write方法的流寫入完畢時操作系統(tǒng)會主動通知應(yīng)用程序。因此read和write都是異步 的，完成后會調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

使用場景： 連接數(shù)目多且連接比較長（重操作）的架構(gòu)，比如相冊服務(wù)器。重點調(diào)用了OS參與并發(fā)操作，Java7開始支持。

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