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Socket结合线程池使用实现客户端和服务端通信demo

作者：Q.E.D　　发布时间：2023-01-21 20:23:50　

标签：Socket,通信,线程池

引导语

Socket 面试最终题一般都是让你写一个简单的客户端和服务端通信的例子，本文就带大家一起来写这个 demo。

1、要求

可以使用 Socket 和 ServiceSocket 以及其它 API；
写一个客户端和服务端之间 TCP 通信的例子；
服务端处理任务需要异步处理；
因为服务端处理能力很弱，只能同时处理 5 个请求，当第六个请求到达服务器时，需要服务器返回明确的错误信息：服务器太忙了，请稍后重试~。

需求比较简单，唯一复杂的地方在于第四点，我们需要对客户端的请求量进行控制，首先我们需要确认的是，我们是无法控制客户端发送的请求数的，所以我们只能从服务端进行改造，比如从服务端进行限流。

有的同学可能很快想到，我们应该使用 ServerSocket 的 backlog 的属性，把其设置成 5，但我们在上一章中说到 backlog 并不能准确代表限制的客户端连接数，而且我们还要求服务端返回具体的错误信息，即使 backlog 生效，也只会返回固定的错误信息，不是我们定制的错误信息。

我们好好想想，线程池似乎可以做这个事情，我们可以把线程池的 coreSize 和 maxSize 都设置成 4，把队列大小设置成 1，这样服务端每次收到请求后，会先判断一下线程池中的队列有没有数据，如果有的话，说明当前服务器已经马上就要处理第五个请求了，当前请求就是第六个请求，应该被拒绝。

正好线程池的加入也可以满足第三点，服务端的任务可以异步执行。

2、客户端代码

客户端的代码比较简单，直接向服务器请求数据即可，代码如下：

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 {
// 模拟客户端同时向服务端发送 6 条消息
for (int i = 0; i < 6; i++) {
socketPoll.submit(() -> {
send("localhost", 7007, "nihao");
});
}
Thread.sleep(1000000000);
}
/**
* 发送tcp
*
* @param domainName 域名
* @param port 端口
* @param content 发送内容
*/
public static String send(String domainName, int port, String content) {
log.info("客户端开始运行");
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;
}
// 无参构造器初始化 Socket，默认底层协议是 TCP
socket = new Socket();
socket.setReuseAddress(true);
// 客户端准备连接服务端，设置超时时间 10 秒
socket.connect(new InetSocketAddress(domainName, port), 10000);
log.info("TCPClient 成功和服务端建立连接");
// 准备发送消息给服务端
outputStream = socket.getOutputStream();
// 设置 UTF 编码，防止乱码
byte[] bytes = content.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
// 输出字节码
segmentWrite(bytes, outputStream);
// 关闭输出
socket.shutdownOutput();
log.info("TCPClient 发送内容为 {}",content);
// 等待服务端的返回
socket.setSoTimeout(50000);//50秒还没有得到数据，直接断开连接
// 得到服务端的返回流
is = socket.getInputStream();
isr = new InputStreamReader(is);
br = new BufferedReader(isr);
// 从流中读取返回值
response = segmentRead(br);
// 关闭输入流
socket.shutdownInput();
//关闭各种流和套接字
close(socket, outputStream, isr, br, is);
log.info("TCPClient 接受到服务端返回的内容为 {}",response);
return response.toString();
} catch (ConnectException e) {
log.error("TCPClient-send socket连接失败", e);
throw new RuntimeException("socket连接失败");
} catch (Exception e) {
log.error("TCPClient-send unkown errror", e);
throw new RuntimeException("socket连接失败");
} finally {
try {
close(socket, outputStream, isr, br, is);
} catch (Exception e) {
// do nothing
}
}
}
/**
* 关闭各种流
*
* @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();
}
}
/**
* 分段读
*
* @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;
}
/**
* 分段写
*
* @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();
}
}
}

客户端代码中我们也用到了线程池，主要是为了并发模拟客户端一次性发送 6 个请求，按照预期服务端在处理第六个请求的时候，会返回特定的错误信息给客户端。

以上代码主要方法是 send 方法，主要处理像服务端发送数据，并处理服务端的响应。

3、服务端代码

服务端的逻辑分成两个部分，第一部分是控制客户端的请求个数，当超过服务端的能力时，拒绝新的请求，当服务端能力可响应时，放入新的请求，第二部分是服务端任务的执行逻辑。

3.1、对客户端请求进行控制

public class SocketServiceStart {
/**
* 服务端的线程池，两个作用
* 1：让服务端的任务可以异步执行
* 2：管理可同时处理的服务端的请求数
*/
private static final ThreadPoolExecutor collectPoll = new ThreadPoolExecutor(4, 4,
365L,
TimeUnit.DAYS,
new LinkedBlockingQueue<>(
1));
@Test
public void test(){
start();
}
/**
* 启动服务端
*/
public static final void start() {
log.info("SocketServiceStart 服务端开始启动");
try {
// backlog serviceSocket处理阻塞时，客户端最大的可创建连接数，超过客户端连接不上
// 当线程池能力处理满了之后，我们希望尽量阻塞客户端的连接
// ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7007,1,null);
// 初始化服务端
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.setReuseAddress(true);
// serverSocket.bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress(), 80));
serverSocket.bind(new InetSocketAddress("localhost", 7007));
log.info("SocketServiceStart 服务端启动成功");
// 自旋，让客户端一直在取客户端的请求，如果客户端暂时没有请求，会一直阻塞
while (true) {
// 接受客户端的请求
Socket socket = serverSocket.accept();
// 如果队列中有数据了，说明服务端已经到了并发处理的极限了，此时需要返回客户端有意义的信息
if (collectPoll.getQueue().size() >= 1) {
log.info("SocketServiceStart 服务端处理能力到顶，需要控制客户端的请求");
//返回处理结果给客户端
rejectRequest(socket);
continue;
}
try {
// 异步处理客户端提交上来的任务
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);
}
}
// 返回特定的错误码给客户端
public static void rejectRequest(Socket socket) throws IOException {
OutputStream outputStream = null;
try{
outputStream = socket.getOutputStream();
byte[] bytes = "服务器太忙了，请稍后重试~".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
SocketClient.segmentWrite(bytes, outputStream);
socket.shutdownOutput();
}finally {
//关闭流
SocketClient.close(socket,outputStream,null,null,null);
}
}
}

我们使用 collectPoll.getQueue().size() >= 1 来判断目前服务端是否已经到达处理的极限了，如果队列中有一个任务正在排队，说明当前服务端已经超负荷运行了，新的请求应该拒绝掉，如果队列中没有数据，说明服务端还可以接受新的请求。

以上代码注释详细，就不累赘说了。

3.2、服务端任务的处理逻辑

服务端的处理逻辑比较简单，主要步骤是：从客户端的 Socket 中读取输入，进行处理，把响应返回给客户端。

我们使用线程沉睡 2 秒来模拟服务端的处理逻辑，代码如下：

public class SocketService implements Runnable {
private Socket socket;
public SocketService() {
}
public SocketService(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
log.info("SocketService 服务端任务开始执行");
OutputStream outputStream = null;
InputStream is = null;
InputStreamReader isr = null;
BufferedReader br = null;
try {
//接受消息
socket.setSoTimeout(10000);// 10秒还没有得到数据，直接断开连接
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());
//服务端处理模拟服务端处理耗时
Thread.sleep(2000);
String response = sb.toString();
//返回处理结果给客户端
outputStream = socket.getOutputStream();
byte[] bytes = response.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
SocketClient.segmentWrite(bytes, outputStream);
socket.shutdownOutput();
//关闭流
SocketClient.close(socket,outputStream,isr,br,is);
log.info("SocketService 服务端任务执行完成");
} 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);
}
}
}
}