Java同步阻塞怎么實現

本篇內容介紹了“Java同步阻塞怎么實現”的有關知識，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大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

一：分布式架構網絡通信

在分布式服務框架中，一個最基礎的問題就是遠程服務是怎么通訊的，在Java領域中有很多可實現遠程通訊的技 術，例如：RMI、Hessian、SOAP、ESB和JMS等

1.1：基本原理

要實現網絡機器間的通訊，需要做的就是將流從一臺計算機傳輸到另外一臺計算機，基于傳輸協議和網絡IO來實現。

• 其中傳輸協議比較出名的有tcp、udp等，tcp、udp都是在基于Socket概念上為某類應用場景而擴展出的傳輸協議。

• 網絡IO，主要有BIO、NIO、AIO三種方式

1.2：RPC

RPC全稱為remote procedure call，即遠程過程調用。借助RPC可以做到像本地調用一樣調用遠程服務，是一種進程間的通信方式。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，而是指整個網絡遠程調用過程；對 于RPC框架而言，核心模塊就是通訊和序列化 。

遠程過程調用分為兩種，現在在服務間通信的方式也基本以這兩種為主:

• 是基于HTTP的restful形式的廣義遠程調用，以spring could的feign和restTemplate為代表，采用的協議是HTTP的7層調用協議，并且協議的參數和響應序列化基本以JSON格式和XML格式為主。

• 是基于TCP的狹義的RPC遠程調用，以阿里的Dubbo為代表，主要通過netty來實現4層網絡協議，NIO來異步傳輸，序列化可以是JSON或者hessian2以及java自帶的序列化等，可以配置。

1.2.1 RPC架構

一個完整的RPC架構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)，服務的調用方。

• 客戶端存根(Client Stub)，存放服務端的地址消息，再將客戶端的請求參數打包成網絡消息，然后通過網絡遠程發送給服務方。

• 服務端(Server)，真正的服務提供者。

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

1.2.2 RPC調用過程

注意：無論是何種類型的數據，最終都需要轉換成二進制流在網絡上進行傳輸，數據的發送方需要將對象轉換為二進制流（序列化），而數據的接收方則需要把二進制流再恢復為對象（反序列化）。

1.3：RMI

Java RMI 指的是遠程方法調用 (Remote Method Invocation),是java原生支持的遠程調用 ,采用JRMP（Java Remote Messageing protocol）作為通信協議，可以認為是純java版本的分布式遠程調用解決方案， 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形式注冊遠程對象，并向客戶端回復對遠程對象的引用。

客戶端：

1. 存根/樁(Stub)：遠程對象在客戶端上的代理；

2. 遠程引用層(Remote Reference Layer)：解析并執行遠程引用協議；

3. 傳輸層(Transport)：發送調用、傳遞遠程方法參數、接收遠程方法執行結果。

服務端：

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

2. 遠程引用層(Remote Reference Layer)：處理遠程引用后向骨架發送遠程方法調用；

3. 傳輸層(Transport)：監聽客戶端的入站連接，接收并轉發調用到遠程引用層。

1.3.2 RMI調用過程

遠程調用過程：
1）客戶端從遠程服務器的注冊表中查詢并獲取遠程對象引用。
2）樁對象與遠程對象具有相同的接口和方法列表，當客戶端調用遠程對象時，實際上是由相應的樁對象代理完成的。
3 ) 遠程引用層在將樁的本地引用轉換為服務器上對象的遠程引用后，再將調用傳遞給傳輸層(Transport)，由傳輸層通 過TCP協議發送調用；
4）在服務器端，傳輸層監聽入站連接，它一旦接收到客戶端遠程調用后，就將這個引用轉發給其上層的遠程引用層；
5）服務器端的遠程引用層將客戶端發送的遠程應用轉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，又將請求傳遞給服務器，最后由服務器進行實際的方法調用。

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（針對應用程序與內核的交互）：

• 同步：用戶進程觸發IO操作時，使用等待或者輪訓的方式查看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：當一個異步進程調用發出之后，調用者不會立刻得到結果。而是在調用發出之后，被調用者通過狀態、通知來通知調用者，或者通過回調函數來處理這個調用。
  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（針對進程訪問數據（讀寫操作）的時候，根據IO操作的就緒狀態采取不同的方式）：

• 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調用會馬上返回，當IO事件分發器會通知可讀寫時再繼續進行讀寫，不斷循環直到讀寫完成
  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。服務器實現模式為一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當然可以通過線程池機制改善。

簡單實現：

1. 服務端代碼

    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）。服務器實現模式為一個請求對應一個通道（Channel），即客戶端發送的連接請求都會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有IO請求時才啟動一個線程進行處理。

• 通道(Channels)：Channel 數據連接的通道。 數據可以從Channel讀到Buffer中，也可以從Buffer 寫到Channel中 .

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

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

NIO的特點

當一個連接創建后，不會需要對應一個線程，這個連接會被注冊到多路復用器，所有的連接只需要一個線程就可以操作，該線程的多路復用器會輪詢，發現連接有請求時，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，現在不創建一個while死循環去監聽是否有數據可讀了，而是直接把這條連接注冊到selector上，然后，通過檢查這個selector，就可以批量監測出有數據可讀的連接，進而讀取數據，

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：

• 當有流可以讀時,操作系統會將可以讀的流傳入read方法的緩沖區,并通知應用程序,

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

使用場景： 連接數目多且連接比較長（重操作）的架構，比如相冊服務器。重點調用了OS參與并發操作，Java7開始支持。

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