Java多線程技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

盛琳陽　盛芳圓

摘要：多線程技術(shù)是Java高級程序語言解決并發(fā)處理問題的解決方案，被廣泛應(yīng)用于具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的軟件開發(fā)工作。本文分析了線程之間通信的原理，介紹了Java多線程技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的原理，指出了Java多線程技術(shù)實現(xiàn)線程安全及同步控制的有效途徑，提出了基于Java多線程技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實現(xiàn)方法改進方案。

關(guān)鍵詞：Java高級程序語言;多線程技術(shù);網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）08-0108-01

1 線程之間通信的原理

軟件程序進行資源分配和調(diào)度的基本單位被稱為進程，進程中一個單一順序的控制流被稱為線程，線程是操作系統(tǒng)能夠進行運算調(diào)度的最小單位。進程與線程之間的區(qū)別就在于進程有獨立的存儲空間，而線程之間要共享同一個存儲空間。一個軟件程序在運行時需要有多個線程同時存在，則稱其具有多線程特性。在多線程場景下各線程共享CPU和內(nèi)存，會出現(xiàn)線程的資源使用和存儲空間沖突的情況，如線程同步問題、線程牽制問題等。

多線程技術(shù)對線程的管理，就是讓線程之間共享資源，通過程序干預(yù)來控制線程的執(zhí)行，在必要時刻還要干擾線程獲取資源來實現(xiàn)系統(tǒng)的共享資源異步訪問機制。多線程實現(xiàn)了線程的資源異步訪問，也實現(xiàn)了線程之間的通信和執(zhí)行排序任務(wù)。

2 Java多線程技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的原理

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一般分為服務(wù)器和客戶端兩個組件。早期的服務(wù)器端口只能和一個客戶端進行通信，當前一個通信未完成時后續(xù)訪問都處于等待狀態(tài)，只有關(guān)閉端口重新連接才能進行新的線程通信。隨著程序設(shè)計語言的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不斷優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)都具備了多服務(wù)器和多客戶端相互訪問的能力。在解決網(wǎng)絡(luò)通信問題時就需要多線程技術(shù)的支持。

Java的多線程技術(shù)支持線程共享存儲空間的機制，并且實現(xiàn)了不同線程之間的信息同步與交流，即網(wǎng)絡(luò)通信。Java語言處理多線程問題的步驟如下：（1）對處理多線程的條件指令進行校驗判斷，只有在校驗通過的情況下才可以讓后續(xù)的線程繼續(xù)執(zhí)行;（2）當某一個線程指令完成后，要通知條件指令進行二次校驗，滿足條件后讓其他線程繼續(xù)執(zhí)行;（3）執(zhí)行上述兩個步驟，讓線程不斷循環(huán)執(zhí)行下去，實現(xiàn)了不間斷的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

3 Java多線程技術(shù)實現(xiàn)線程安全及同步控制

多線程編程會遇到最大的挑戰(zhàn)就是線程安全和同步控制問題。線程安全是指線程并行執(zhí)行時出現(xiàn)的數(shù)據(jù)和執(zhí)行問題，比如線程A在進行集合的遍歷查詢，線程B則在進行集合的清空操作，這兩個線程A和B如果同時進行會出現(xiàn)問題，誰先執(zhí)行也會對對方的正常執(zhí)行造成影響。同步控制是指在線程A操作數(shù)據(jù)時通知其他線程無法獲得當前數(shù)據(jù)，只有線程A完成后其它線程才可以進行訪問。Java多線程技術(shù)實現(xiàn)線程安全及同步控制的和新方法有synchronized同步鎖、wait/notify等待/通知機制、信號量機制等。（1）synchronized 同步鎖。Java使用synchronized關(guān)鍵字來實現(xiàn)線程同步鎖機制，線程可以使用synchronized來申請資源鎖定，別的線程在訪問帶有synchronized關(guān)鍵字的資源時就會自動進入等待狀態(tài)。當持有synchronized鎖的線程完成操作后，可以釋放同步鎖讓其他線程繼續(xù)訪問系統(tǒng)資源。（2）wait/notify等待/通知機制。在處理線程數(shù)量較大，彼此之間頻繁通信的多線程場景下，可以使用喚醒等待機制來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。Java中的wait/notify2個方法就實現(xiàn)了線程的等待通知機制。wait/notify指令要在synchronized 同步鎖的基礎(chǔ)上執(zhí)行。對于獲得synchronized 同步鎖的線程，如果在執(zhí)行過程中需要等待，可以調(diào)用wait方法來進入堵塞隊列，與此同時synchronized 鎖也會失效，其他線程開始獲得同步鎖進行處理，處理完成后調(diào)用notify方法來歸還synchronized 同步鎖。當堵塞隊列中有較多線程排隊時，調(diào)用了notify方法的線程會隨機通知一個等待線程進行激活，也可以調(diào)用notifyAll方法來通知所有等待的線程，得到通知的線程會進入就緒隊列進行后續(xù)處理。

4 Java多線程實現(xiàn)通信編程

Socket是Java多線程技術(shù)的主要類實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)通信編程又稱為Socket編程。Socket編程基于TCP網(wǎng)絡(luò)西醫(yī)，分別實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端。調(diào)用ServerSocket來構(gòu)建服務(wù)器線程，為服務(wù)器設(shè)置固定的IP和端口號;多個客戶端程序可以借助Socket實現(xiàn)與服務(wù)器的通信和交互，連接結(jié)束后服務(wù)器還會創(chuàng)建一個Socket對象來記錄該次連接。Java多線程實現(xiàn)通信編程的過程如下：（1）網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)服務(wù)器端實現(xiàn)。創(chuàng)建服務(wù)對象ServerSocket創(chuàng)建服務(wù)器對象，讓服務(wù)器線程等待客戶端請求，并返回一個代表本次連接的Socket對象。ServerSocket對象的主要方法有：新建對象，讓更多的連接進行定義;按照一定規(guī)則構(gòu)建數(shù)據(jù)交換機制，記錄各個線程的輸入輸出情況;關(guān)閉連接和其他系統(tǒng)資源。（2）網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)客戶端實現(xiàn)。服務(wù)器端進入等待狀態(tài)后，可以初始化Socket對象來向服務(wù)器端發(fā)送請求連接申請，獲得申請許可后則按照一定規(guī)則進行數(shù)據(jù)交互，完成連接和操作后也要進行客戶端的連接關(guān)閉實現(xiàn)。

5 Java多線程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的改進思路

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的服務(wù)器程序只能完成一次讀取操作，當Socket對象生成并完成請求應(yīng)答后，在進行后續(xù)請求就要斷開重連，否則就會對系統(tǒng)服務(wù)器造成較大性能影響。為了解決這一問題，可以使用無限循環(huán)語句while（true）來實現(xiàn)服務(wù)器端的反復(fù)進行，但由于程序完成一次信息讀取后就會進入等待狀態(tài)，再使用無限循環(huán)語句也不會有什么實際的意義。為了解決無限循環(huán)鎖死的問題，使用現(xiàn)成技術(shù)手段讓服務(wù)器在循環(huán)內(nèi)讀取Socket信息。具體方法就是在服務(wù)器結(jié)構(gòu)中加入內(nèi)部類ReadMessageThread，實現(xiàn)多客戶端訪問服務(wù)器的安全和同步管控。