1. 多线程基础
1.1. 线程同步
1.1.1. 线程安全API与非线程安全API
之前学习的API中就有设计为线程安全与非线程安全的类:
StringBuffer 是同步的 synchronized append();
StringBuilder 不是同步的 append();
相对而言StringBuffer在处理上稍逊于StringBuilder,但是其是线程安全的。当不存在并发时首选应当使用StringBuilder。
同样的:
Vector 和 Hashtable 是线程安全的而ArrayList 和 HashMap则不是线程安全的。
对于集合而言，Collections提供了几个静态方法，可以将集合或Map转换为线程安全的:
例如:
Collections.synchronizedList() :获取线程安全的List集合
Collections.synchronizedMap():获取线程安全的Map
...
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");
list = Collections.synchronizedList(list);//将ArrayList转换为线程安全的集合
System.out.println(list);//[A,B,C] 可以看出，原集合中的元素也得以保留
...
1.1.2. 使用ExecutorService实现线程池
当一个程序中若创建大量线程，并在任务结束后销毁，会给系统带来过度消耗资源，以及过度切换线程的危险，从而可能导致系统崩溃。为此我们应使用线程池来解决这个问题。
ExecutorService是java提供的用于管理线程池的类。
线程池有两个主要作用:
- 控制线程数量
- 重用线程
线程池的概念：首先创建一些线程，它们的集合称为线程池，当服务器接受到一个客户请求后，就从线程池中取出一个空闲的线程为之服务，服务完后不关闭该线程，而是将该线程还回到线程池中。
在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接交给某个线程，线程池在拿到任务后，它就在内部找有无空闲的线程，再把任务交给内部某个空闲的线程，任务是提交给整个线程池，一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务
线程池有以下几种实现策略:
Executors.newCachedThreadPool()
创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。
Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)
创建一个可重用固定线程集合的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。
Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
Executors.newSingleThreadExecutor()
创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。
可以根据实际需求来使用某种线程池。例如，创建一个有固定线程数量的线程池：
...
ExecutorService threadPool
= Executors.newFixedThreadPool(30);//创建具有30个线程的线程池
Runnable r1 = new Runable(){
public void run(){
//线程体
}
};
threadPool.execute(r1);//将任务交给线程池，其会分配空闲线程来运行这个任务。
...
1.1.3. 使用BlockingQueue
BlockingQueue是双缓冲队列。
在多线程并发时，若需要使用队列，我们可以使用Queue，但是要解决一个问题就是同步，但同步操作会降低并发对Queue操作的效率。
BlockingQueue内部使用两条队列，可允许两个线程同时向队列一个做存储，一个做取出操作。在保证并发安全的同时提高了队列的存取效率。
双缓冲队列有一下几种实现:
ArrayBlockingDeque:规定大小的BlockingDeque,其构造函数必须带一个int参数来指明其大小.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的。
LinkedBlockingDeque:大小不定的BlockingDeque,若其构造函数带一个规定大小的参数,生成的BlockingDeque有大小限制,若不带大小参数,所生成的BlockingDeque的大小由Integer.MAX_VALUE来决定.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的。
PriorityBlockingDeque:类似于LinkedBlockDeque,但其所含对象的排序不是FIFO,而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数的Comparator决定的顺序。
SynchronousQueue:特殊的BlockingQueue,对其的操作必须是放和取交替完成的。
例如:
public static void main(String[] args) {
BlockingQueue<String> queue
= new LinkedBlockingDeque<String>();
try {
//queue.offer("A");//立即向队列末尾追加元素
/*
* 向队列末尾追加元素，指定可延迟5秒。
* 若5秒钟内成功将元素加入队列返回true
* 若超时后元素仍然没有加入队列则返回flase
*/
queue.offer("A",5,TimeUnit.SECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(queue.poll());
}
2. TCP通信
2.1. Socket原理
2.1.1. Socket简介
socket通常称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。
应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。Socket和ServerSocket类库位于java .net包中。ServerSocket用于服务端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。
2.1.2. 获取本地地址和端口号
java.net.Socket为套接字类，其提供了很多方法，其中我们可以通过Socket获取本地的地址以及端口号。
int getLocalPort()
该方法用于获取本地使用的端口号
InetAddress getLocalAddress()
该方法用于获取套接字绑定的本地地址
使用InetAddress获取本地的地址方法:
String getCanonicalHostName()
获取此 IP 地址的完全限定域名。
String getHostAddress()
返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
代码如下:
public void testSocket()throws Exception {
Socket socket = new Socket("localhost",8088);
InetAddress add = socket.getLocalAddress();//获取本地地址信息
System.out.println(add.getCanonicalHostName());
System.out.println(add.getHostAddress());
System.out.println(socket.getLocalPort());
}
2.1.3. 获取远端地址和端口号
Socket也提供了获取远端的地址以及端口号的方法:
int getPort()
该方法用于获取远端使用的端口号 。
InetAddress .getInetAddress()
该方法用于获取套接字绑定的远端地址 。
代码如下:
public void testSocket()throws Exception {
Socket socket = new Socket("localhost",8088);
InetAddress inetAdd = socket.getInetAddress();
System.out.println(inetAdd.getCanonicalHostName());
System.out.println(inetAdd.getHostAddress());
System.out.println(socket.getPort());
}
2.1.4. 获取网络输入流和网络输出流
通过Socket获取输入流与输出流,这两个方法是使用Socket通讯的关键方法。封装了TCP协议的Socket是基于流进行通讯的，所以我们在创建了双方连接后，只需要获取相应的输入与输出流即可实现通讯。
InputStream getInputStream()
该方法用于返回此套接字的输入流。
OutputStream .getOutputStream()
该方法用于返回此套接字的输出流。
代码如下：
public void testSocket()throws Exception {
Socket socket = new Socket("localhost",8088);
InputStream in = socket.getInputStream();
OutputStream out = socket.getOutputStream();
}
2.1.5. close方法
当使用Socket进行通讯完毕后，要关闭Socket以释放系统资源。
void close()
当关闭了该套接字后也会同时关闭由此获取的输入流与输出流。
2.2. Socket通讯模型
2.2.1. Server端ServerSocket监听
java.net.ServerSocket是运行于服务端应用程序中。通常创建ServerSocket需要指定服务端口号，之后监听Socket的连接。监听方法为:
Socket accept()
该方法是一个阻塞方法，直到一个客户端通过Socket连接后，accept会封装一个Socket，该Socket封装与表示该客户端的有关的信息。通过这个Socket与该客户端进行通信。
代码如下:
… //创建ServerSocket并申请服务端口8088 ServerSocket server = new ServerSocket(8088); /*方法会产生阻塞，直到某个Socket连接,并返回请求连接的Socket*/ Socket socket = server.accept(); …
2.2.2. Client端Socket连接
通过上一节我们已经知道，当服务端ServerSocket调用accept方法阻塞等待客户端连接后，我们可以通过在客户端应用程序中创建Socket来向服务端发起连接。
需要注意的是，创建Socket的同时就发起连接，若连接异常会抛出异常。 我们通常创建Socket时会传入服务端的地址以及端口号。
代码如下:
//参数1：服务端的IP地址，参数2:服务端的服务端口 Socket socket = new Socket(“localhost”,8088); …
2.2.3. C-S端通信模型
C-S的全称为(Client-Server):客户端-服务器端
客户端与服务端通信模型如下:
图- 1
- 服务端创建ServerSocket
- 通过调用ServerSocket的accept方法监听客户端的连接
- 客户端创建Socket并指定服务端的地址以及端口来建立与服务端的连接
- 当服务端accept发现客户端连接后，获取对应该客户端的Socket
- 双方通过Socket分别获取对应的输入与输出流进行数据通讯
- 通讯结束后关闭连接。
代码如下:
/**
* Server端应用程序
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) {
ServerSocket server = null;
try {
//创建ServerSocket并申请服务端口为8088
server = new ServerSocket(8088);
//侦听客户端的连接
Socket socket = server.accept();
//客户端连接后，通过该Socket与客户端交互
//获取输入流，用于读取客户端发送过来的消息
InputStream in = socket.getInputStream();
BufferedReader reader
= new BufferedReader(
new InputStreamReader(
in,"UTF-8"
)
);
//获取输出流，用于向该客户端发送消息
OutputStream out = socket.getOutputStream();
PrintWriter writer
= new PrintWriter(
new OutputStreamWriter(
out,"UTF-8"
),true
);
//读取客户端发送的消息
String message = reader.readLine();
System.out.println("客户端说:"+message);
//向客户端发送消息
writer.println("你好客户端!");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally{
if(server != null){
try {
server.close();
} catch (IOException e) {
}
}
}
}
}
/**
* Client端应用程序
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Socket socket = null;
try {
socket = new Socket("localhost",8088);
//获取输入流，用于读取来自服务端的消息
InputStream in = socket.getInputStream();
BufferedReader reader
= new BufferedReader(
new InputStreamReader(
in,"UTF-8"
)
);
//获取输出流，用于向服务端发送消息
OutputStream out
= socket.getOutputStream();
OutputStreamWriter osw
= new OutputStreamWriter(out,"UTF-8");
PrintWriter writer
= new PrintWriter(osw,true);
//向服务端发送一个字符串
writer.println("你好服务器！");
//读取来自客户端发送的消息
String message = reader.readLine();
System.out.println("服务器说:"+message);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally{
try {
if(socket != null){
//关闭Socket
socket.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}