CN106997307A - 一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法，保证多手持终端与服务器能够同时进行连续高效的通信。本方法包括多终端无线通信过程、线程池框架设计、针对多终端无线通信的线程异常处理机制三部分。多终端无线通信过程针对多客户端同时发起请求，服务器采取多线程工作模式，保证与多客户端的连续有效的通信。线程池框架设计过程针对线程之间的切换造成的资源浪费，为了保证有效的利用服务器的内存资源，合理的设计了包括主线程、管理线程、任务线程和辅助线程的线程池。针对多终端无线通信的线程异常处理机制主要是为了应对线程异常，针对不同的异常情况采取相应的解决措施。

Description

一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法

技术领域

本发明属于线程池设计领域，具体涉及一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法。

背景技术

Windows Socket网络通信技术目前已经得到相当普遍的应用。不论系统是基于客户端/服务器的C/S模式还是基于浏览器/服务器的B/S模式，系统中的服务器如果不能同时为多个客户端提供服务，那它就几乎没有使用价值。

传统的处理方式是为每个客户端连接创建一个新线程，在新线程上请求服务。在服务器端与手持终端的通信过程中，线程会被频繁地建立与关闭，这将大大增加系统能耗。而线程池是一种多线程的处理方式，处理过程为：将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。这样线程能在多个请求中复用，减少系统运行时间，提高系统效率。线程池技术与临时为新连接请求创建新线程相比，将线程创建的时间转移到了响应时间外，用户体验更好。

目前主流的线程池包括Fixed Thread Pool（定长线程池）、Cached Thread Pool（可缓存线程池）、Single Thread Executor（单线程化线程池）、Scheduled Thread Pool（周期执行线程池）。Fixed Thread Pool与Cached Thread Pool定义了多个定长或不定长线程池，其主要面向多线程并发的情况，对于同一线程下多任务乱序执行引起的线程死锁并没有相应的控制机制。Single Thread Pool是一个只有单一工作线程的线程池，它可以在线程出现异常时，建立新的工作线程处理任务，保证程序顺利的执行，但其并没有引入消息重发机制，保证连续客户端通信的稳定性和可靠性。Scheduled Thread Pool是一种定长的线程池，它支持定时或循环的任务执行，但是其并没有引入针对客户端通信的线程异常处理机制，保证在客户端通信出现异常时，线程池始终保持稳定，不出现线程池崩溃的情况。

多终端无线通信是指服务器端同时处理多个手持终端的连接请求与命令发送请求。为保证服务器端能同时处理多手持终端的不同请求，服务器端需要具有良好的并发性能。首先，服务器端开启监听，等待客户端的连接。服务器每当建立一个新的Socket连接，主线程就启动一个新的线程，负责服务器端与客户端的通信；而主线程继续等待下一个客户端的连接。当客户端断开连接后，子线程释放其占用的所有的Socket资源。由于服务器端与手持终端之间的通信过程需要被连续执行多次，加上网络问题可能会导致线程持续处于资源等待或信息接收状态，引起线程死锁，进而导致通信被阻塞。所以，这就需要设计一种面向多终端无线通信的Socket线程池。

发明内容

本发明的目的在于针对已有多线程通信存在的缺陷，提供一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法。

为了实现上述目标，本发明的构思是：针对多终端无线通信的高通信效率需求以及线程池风险系数高的特性，该线程池设计引入相应的线程异常处理机制。

根据上述构思，本发明采用的技术方案为：

一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法，包含多终端无线通信过程、线程池框架设计、针对多终端无线通信的线程异常处理机制三部分，具体步骤为：

a. 多终端无线通信过程的实现步骤如下：

（a-1）服务器端的主线程监听特定端口；

（a-2）客户端发起连接请求，与服务器建立Socket连接；

（a-3）服务器端开辟一个独立的线程，进行每对连接的数据读写和数据处理操作，将服务器上的这个独立线程叫做任务线程；

（a-4）主线程一旦启动了任务线程，就立即去处理下一个客户端的连接，尽量让每个客户端在最短的时间内得到响应；

（a-5）每个任务线程启动后，均独立于对应的客户端通信，并按照协议要求处理请求，回复结果，完成任务后关闭连接，结束线程；

（a-6）服务器端持续处于监听状态；

b.线程池框架设计：

（b-1）根据服务器端的CPU数以及工作所需的线程数配置线程池的容量；

（b-2）线程池中主要分为主线程、管理线程、任务线程和辅线程；

（b-3）主线程负责初始化线程池对象，反复侦听服务器端口，对每个客户端的连接都创建任务线程，并将它们添加到线程池的任务队列中，并通知唤醒线程池管理线程；

（b-4）管理线程负责线程池中线程的管理，在构建线程池对象时，一次性创建并启动，扫描任务队列，如果有任务，就取走一个，启动该任务线程，并让线程池的工作任务数加1，如果没有任务，则阻塞；

（b-5）任务线程独立完成一次连接任务的线程，由主线程创建并被加入到任务队列中，被管理线程取出并启动，自己完成通信、处理、存储等任务后，让线程池的工作任务数减1，然后结束自己；

（b-6）任务线程出现异常时，向辅线程进行异常反馈，辅线程根据反馈的内容，提出相应的异常处理方案；

（b-7）每个任务一开始并不启动，等待管理线程来启动；线程池对象结束时，即它的线程组对象被注销时，所有的管理线程被全部销毁；

c.针对多终端无线通信的线程异常处理机制：

（c-1）准备任务所需对象异常处理机制的实现步骤：

（c-1-1）任务线程中的新任务开始运行前，辅线程获取当前任务所需对象的状态；

（c-1-2）如果该任务所需对象没有准备齐全，辅线程会命令任务线程中的任务，在限定时间内等待任务所需对象空闲；

（c-1-3）如果在限定时间内，任务所需对象准备齐全，则开始任务；

（c-1-4）如果在限定时间内，任务所需对象没有准备齐全，则判定线程池死锁，抛弃该线程请求，接收下一个终端的请求；

（c-2）数据重传机制的实现步骤：

（c-2-1）当服务器端与手持终端建立Socket连接后，超过限定时间，仍没有获取到手持终端的数据，则释放与该手持终端建立的Socket连接资源；

（c-2-2）服务器端保持监听状态，等待接收从手持终端发来的连接请求；

（c-2-3）若限定时间内仍没有收到手持终端发来的数据，释放与该手持终端建立的Socket连接资源，重新保持监听状态；

（c-2-4）若限定时间内完成数据的接收，则对数据解析并进行相应的处理；

（c-3）其他异常情况处理步骤：

（c-3-1）除接收手持终端数据之外的任务占用任务线程超过限定时间后仍未完成，判定该任务执行异常，抛弃本次任务请求；

（c-3-2）任务线程在任务执行时或任务执行后出现异常，该任务线程会被自动抛弃，线程池会为待处理任务自动开辟新的任务线程；

（c-3-3）任务线程中的每个任务执行完成后，辅线程会核准线程池的线程数是否与开始的设置相同，当发生线程泄露或线程运行异常情况时，辅线程会在线程池中添加新的任务线程作为补充；

（c-3-4）任务线程长时间无任务占用时，辅线程关闭该任务线程，等待有新任务需求时再重新创建。

本发明与现有技术相比，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

1、在多终端与服务器进行连续通信的背景下，尽可能的保证传输的可靠性以及通信效率，降低了出现线程风险的可能性；

2、服务器端引入了面向多终端无线通信的线程异常处理机制，保证了线程池的鲁棒性以及连续终端通信的效率；

3、其具有线程池风险低，通信效率高等优点，是一种可靠的面向多终端无线通信的Socket线程池设计。

附图说明

图1为多终端无线通信的结构图。

图2为多线程处理并发请求的工作流程。

图3为线程池框架图。

图4为准备任务所需对象异常处理流程图。

图5为数据重传机制流程图。

具体实施方式

本发明的实施方案结合附图详述如下：

多终端无线通信的结构图如图1所示。多终端无线通信面向的是服务器与多个手持终端同时通信的情况。多线程处理并发请求的工作流程如图2所示。由于服务器端需要同时处理多个手持终端的请求，而传统的处理方式是为每个客户端连接创建一个新线程，在新线程上请求服务。新线程的创建、销毁系统开销很大，甚至比处理用户请求的开销大得多。因此引入线程池技术。

一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法，包含多终端无线通信过程、线程池框架设计、针对多终端无线通信的线程异常处理机制三部分，具体步骤为：

a. 多终端无线通信过程的实现步骤如下：

（a-1）服务器端的主线程监听特定端口；

（a-2）客户端发起连接请求，与服务器建立Socket连接；

（a-3）服务器端开辟一个独立的线程，进行每对连接的数据读写和数据处理操作，将服务器上的这个独立线程叫做任务线程；

（a-4）主线程一旦启动了任务线程，就立即去处理下一个客户端的连接，尽量让每个客户端在最短的时间内得到响应；

（a-5）每个任务线程启动后，均独立于对应的客户端通信，并按照协议要求处理请求，回复结果，完成任务后关闭连接，结束线程；

（a-6）服务器端持续处于监听状态。

b.线程池框架设计，如图3所示，

（b-1）根据服务器端的CPU数以及工作所需的线程数配置线程池的容量；

（b-2）线程池中主要分为主线程、管理线程、任务线程和辅线程；

（b-3）主线程负责初始化线程池对象，反复侦听服务器端口，对每个客户端的连接都创建任务线程，并将它们添加到线程池的任务队列中，并通知唤醒线程池管理线程；

（b-4）管理线程负责线程池中线程的管理，在构建线程池对象时，一次性创建并启动，扫描任务队列，如果有任务，就取走一个，启动该任务线程，并让线程池的工作任务数加1，如果没有任务，则阻塞；

（b-5）任务线程独立完成一次连接任务的线程，由主线程创建并被加入到任务队列中，被管理线程取出并启动，自己完成通信、处理、存储等任务后，让线程池的工作任务数减1，然后结束自己；

（b-6）任务线程出现异常时，向辅线程进行异常反馈，辅线程根据反馈的内容，提出相应的异常处理方案；

（b-7）每个任务一开始并不启动，等待管理线程来启动；线程池对象结束时，即它的线程组对象被注销时，所有的管理线程被全部销毁。

线程异常处理机制在辅线程收到任务线程异常时启动。

准备任务所需对象异常处理如图4所示。任务线程中的新任务开始运行前，辅线程首先会获取当前任务所需对象的状态。如果该任务所需对象没有准备齐全，辅线程会命令任务线程中任务在限定时间内等待任务所需对象空闲。如果超过限定时间，该任务所需的对象仍没有准备齐全，则判定该线程池死锁，抛弃该线程请求，处理下一个请求。如果任务所需对象在任务开始前已准备完成，则开始进行任务。

数据重传机制流程图如图5所示。服务器与客户端建立连接后，若在限定的时间内没有收到来自客户端的数据，则释放与该客户端建立的Socket资源，等待客户端的重连。连接成功后若仍没有接收到，判定该客户端无线通信无效，建议进行有线通信。如果在限定时间内完成数据的接收，则进行数据的解析，并进行相应的处理。

任务线程中的每个任务执行完成后，辅线程会核准线程池的线程数是否与开始的设置相同，当发生线程泄露或线程运行异常情况时，辅线程会在线程池中添加新的任务线程作为补充。若任务线程长时间无任务占用时，辅线程会关闭该任务线程，等待有新任务需求时再重新创建。

Claims (1)

1.一种面向多终端无线通信的Socket线程池设计方法，包含多终端无线通信过程、线程池框架设计、针对多终端无线通信的线程异常处理机制三部分，其特征在于，具体步骤为：

a. 多终端无线通信过程的实现步骤如下：

（a-1）服务器端的主线程监听特定端口；

（a-2）客户端发起连接请求，与服务器建立Socket连接；

（a-3）服务器端开辟一个独立的线程，进行每对连接的数据读写和数据处理操作，将服务器上的这个独立线程叫做任务线程；

（a-4）主线程一旦启动了任务线程，就立即去处理下一个客户端的连接，尽量让每个客户端在最短的时间内得到响应；

（a-5）每个任务线程启动后，均独立于对应的客户端通信，并按照协议要求处理请求，回复结果，完成任务后关闭连接，结束线程；

（a-6）服务器端持续处于监听状态；

b.线程池框架设计：

（b-1）根据服务器端的CPU数以及工作所需的线程数配置线程池的容量；

（b-2）线程池中主要分为主线程、管理线程、任务线程和辅线程；

（b-3）主线程负责初始化线程池对象，反复侦听服务器端口，对每个客户端的连接都创建任务线程，并将它们添加到线程池的任务队列中，并通知唤醒线程池管理线程；

（b-4）管理线程负责线程池中线程的管理，在构建线程池对象时，一次性创建并启动，扫描任务队列，如果有任务，就取走一个，启动该任务线程，并让线程池的工作任务数加1，如果没有任务，则阻塞；

（b-5）任务线程独立完成一次连接任务的线程，由主线程创建并被加入到任务队列中，被管理线程取出并启动，自己完成通信、处理、存储等任务后，让线程池的工作任务数减1，然后结束自己；

（b-6）任务线程出现异常时，向辅线程进行异常反馈，辅线程根据反馈的内容，提出相应的异常处理方案；

（b-7）每个任务一开始并不启动，等待管理线程来启动；线程池对象结束时，即它的线程组对象被注销时，所有的管理线程被全部销毁；

c.针对多终端无线通信的线程异常处理机制：

（c-1）准备任务所需对象异常处理机制的实现步骤：

（c-1-1）任务线程中的新任务开始运行前，辅线程获取当前任务所需对象的状态；

（c-1-2）如果该任务所需对象没有准备齐全，辅线程会命令任务线程中的任务，在限定时间内等待任务所需对象空闲；

（c-1-3）如果在限定时间内，任务所需对象准备齐全，则开始任务；

（c-1-4）如果在限定时间内，任务所需对象没有准备齐全，则判定线程池死锁，抛弃该线程请求，接收下一个终端的请求；

（c-2）数据重传机制的实现步骤：

（c-2-1）当服务器端与手持终端建立Socket连接后，超过限定时间，仍没有获取到手持终端的数据，则释放与该手持终端建立的Socket连接资源；

（c-2-2）服务器端保持监听状态，等待接收从手持终端发来的连接请求；

（c-2-3）若限定时间内仍没有收到手持终端发来的数据，释放与该手持终端建立的Socket连接资源，重新保持监听状态；

（c-2-4）若限定时间内完成数据的接收，则对数据解析并进行相应的处理；

（c-3）其他异常情况处理步骤：

（c-3-1）除接收手持终端数据之外的任务占用任务线程超过限定时间后仍未完成，判定该任务执行异常，抛弃本次任务请求；

（c-3-2）任务线程在任务执行时或任务执行后出现异常，该任务线程会被自动抛弃，线程池会为待处理任务自动开辟新的任务线程；

（c-3-3）任务线程中的每个任务执行完成后，辅线程会核准线程池的线程数是否与开始的设置相同，当发生线程泄露或线程运行异常情况时，辅线程会在线程池中添加新的任务线程作为补充；

（c-3-4）任务线程长时间无任务占用时，辅线程关闭该任务线程，等待有新任务需求时再重新创建。