47 工作实战：Socket 结合线程池的使用

立志是事业的大门，工作是登堂入室的旅程。

——巴斯德

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));@Testpublic 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 TCPsocket = 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));@Testpublic 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;}@Overridepublic 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);}}}
}

4 测试

测试的时候，我们必须先启动服务端，然后再启动客户端，首先我们启动服务端，打印日志如下：

接着我们启动客户端，打印日志如下：

我们最后看一下服务端的运行日志：

从以上运行结果中，我们可以看出得出的结果是符合我们预期的，服务端在请求高峰时，能够并发处理5个请求，其余请求可以用正确的提示进行拒绝。

5 总结

所以代码集中在 SocketClient、SocketServiceStart、SocketService 中，启动的顺序为先启动 SocketServiceStart，后运行 SocketClient，感兴趣的同学可以自己 debug 下，加深印象。

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