门 | GATE CS 2013 | 问题7

本题要求实现一个基于线程的并发服务器，它可以同时处理多个客户端的请求。服务器将为每个客户端创建一个线程，并将其请求发送到队列中以等待处理。每个线程都将负责处理一个请求并将响应返回给客户端。

问题描述

编写一个基于线程的并发服务器，它将监听来自客户端的请求并将它们添加到请求队列中。每个请求都将由一个专用线程处理，这些线程将从队列中获取请求并生成响应。响应将通过网络发送回客户端。服务器应该能够同时处理多个客户端请求，并且在最小化线程切换次数的情况下达到最优性能。

解决方案

要实现上述服务器，首先需要在服务器上启动一个监听套接字。此套接字应该绑定到服务器上的 IP 地址和端口。然后，服务器将等待来自客户端的连接请求。一旦连接建立，服务器将为每个客户端创建一个专用线程。这些线程将一直运行，直到客户端关闭其连接。在此期间，它们将负责处理客户端通过网络发送的请求，并以相同的方式向客户端发送响应。

请求可以通过一个先进先出（FIFO）的队列来管理。每个线程都将从队列中获取待处理的请求。对于每个请求，线程将根据其内容生成一个响应，并将该响应发送回客户端。如果队列为空，线程将等待直到有新的请求进入队列。

为了确保最小化线程切换次数，可以使用线程池来管理线程。线程池在服务器启动时创建，并分配有限数量的线程。每个请求将由线程池中的任何可用线程处理。处理完成后，线程将返回线程池并准备处理下一个请求。

代码片段

以下是一个基于 Java 语言的示例服务器代码，它实现了上述方案：

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class ConcurrentServer {
    private ServerSocket serverSocket;
    private ExecutorService threadPool;
    private Queue<Socket> requestQueue;

    public ConcurrentServer(String ipAddress, int port, int numThreads) {
        try {
            // 创建服务器套接字并绑定到指定端口
            serverSocket = new ServerSocket();
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(ipAddress, port));

            // 创建线程池并分配给定数量的线程
            threadPool = Executors.newFixedThreadPool(numThreads);

            // 创建请求队列并启动请求处理线程
            requestQueue = new LinkedList<>();
            new Thread(() -> handleRequests()).start();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private void handleRequests() {
        while (true) {
            // 等待连接请求
            try {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("Accepted connection from " + socket.getInetAddress());

                // 将连接请求添加到队列中
                synchronized (requestQueue) {
                    requestQueue.add(socket);
                    requestQueue.notifyAll();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public void start() {
        // 处理请求队列中的每个请求
        while (true) {
            Socket socket;

            // 从队列中获取待处理请求
            synchronized (requestQueue) {
                while (requestQueue.isEmpty()) {
                    try {
                        requestQueue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                socket = requestQueue.remove();
            }

            // 提交请求处理任务到线程池
            threadPool.submit(() -> handleRequest(socket));
        }
    }

    private void handleRequest(Socket socket) {
        // 处理套接字连接中的请求和响应
    }
}

该服务器使用一个先进先出（FIFO）的队列来管理请求。当服务器接收到连接请求时，它将该请求添加到队列中。另外，服务器使用一个线程池来管理线程，并可以同时处理多个请求。在处理每个请求时，线程将负责从队列中获取下一个请求，并处理它。服务器会等待直到队列中有一个或多个请求可用。如果队列为空，线程将等待直到有新的请求进入队列。

总结

本题要求实现一个基于线程的并发服务器，它可以同时处理多个客户端的请求。为了实现这个服务器，可以使用一个先进先出（FIFO）的队列来管理请求，并利用线程池来管理线程。每个线程都将从队列中获取待处理的请求，并生成响应。在处理每个请求时，线程将负责执行操作并将响应发送回客户端。