Java并發(fā)編程基礎(chǔ)之線程應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)-基于線程池的簡(jiǎn)單web服務(wù)器
      
    
      
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        2022-05-29
		    
      
    
                    
      目前瀏覽器作為web服務(wù)的客戶端訪問(wèn)者，都支持并發(fā)多線程的訪問(wèn)。例如在瀏覽器訪問(wèn)一個(gè)web服務(wù)器上的HTML頁(yè)面，此時(shí)HTML頁(yè)面中的各種資源（圖片、樣式）會(huì)被瀏覽器并發(fā)的獲取，這種并發(fā)訪問(wèn)使得用戶不至于等待圖片加載的同時(shí)也不能看到文字內(nèi)容。
      客戶端既然是多線程并發(fā)訪問(wèn)，那么如果服務(wù)端僅僅是單線程處理客戶端的請(qǐng)求，那么客戶端的并發(fā)訪問(wèn)將會(huì)變得毫無(wú)意義。因此，大部分的web服務(wù)器也是支持并發(fā)訪問(wèn)的。常見(jiàn)的Java web服務(wù)器有Tomcat\Netty等等。
      接下來(lái)我們通過(guò)結(jié)合線程池來(lái)寫一個(gè)簡(jiǎn)單的web服務(wù)器，支持訪問(wèn)html（文本、圖片）資源。
      線程池接口定義
      線程池具體實(shí)現(xiàn)：
      其主要功能和實(shí)現(xiàn)如下
      服務(wù)端監(jiān)聽客戶端的socket連接
      接收到的socket連接封裝到HttpRequestHandler線程中，當(dāng)成任務(wù)提交給線程池去調(diào)度執(zhí)行
      HttpRequestHandler線程的run方法主要包含靜態(tài)資源jpg圖片的讀取和輸出（字節(jié)流），HTML文本讀取和輸出（字符流），關(guān)流等操作
      package com.lizba.p3.http; import com.lizba.p3.threadpool.DefaultThreadPool; import com.lizba.p3.threadpool.ThreadPool; import java.io.*; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; /** * 
       * 簡(jiǎn)單HTTP服務(wù)器 * 
       * * @Author: Liziba * @Date: 2021/6/18 11:47 */ public class SimplerHttpServer { /** 設(shè)置線程池的默認(rèn)大小 */ private static ThreadPool pool = new DefaultThreadPool<>(1); /** SimplerHttpServer根路徑 */ private static String basePath; /** 端口 */ private static int port = 8888; /** serverSocket */ private static ServerSocket serverSocket; public SimplerHttpServer(int port) { if (port < 0) { return; } SimplerHttpServer.port = port; } /** * 設(shè)置資源根路徑 * * @param basePath */ public static void setBasePath(String basePath) { if (basePath == null || "".equals(basePath)) { return; } if (new File(basePath).exists() && new File(basePath).isDirectory()) { SimplerHttpServer.basePath = basePath; } } /** * 啟動(dòng)web服務(wù) * * @throws IOException */ public static void start() throws IOException { serverSocket = new ServerSocket(port); Socket socket = null; while ((socket = serverSocket.accept()) != null) { pool.execute(new HttpRequestHandler(socket)); } serverSocket.close(); } /** * 將socket請(qǐng)求封裝成一個(gè)HttpRequestHandler線程任務(wù)，將任務(wù)提交給線程池 * */ static class HttpRequestHandler implements Runnable { private Socket socket; public HttpRequestHandler(Socket socket) { this.socket = socket; } @Override public void run() { BufferedReader reader = null; BufferedReader br = null; PrintWriter out = null; InputStream in = null; String line; try { reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); String header = reader.readLine(); // 計(jì)算絕對(duì)路徑 String absolutePath = basePath + header.split(" ")[1]; out = new PrintWriter(socket.getOutputStream()); // 圖片資源處理，此處只支持jpg if (absolutePath.endsWith("jpg")) { in = new FileInputStream(absolutePath); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); int len = 0; while ((len = in.read()) != -1) { baos.write(len); } byte[] array = baos.toByteArray(); out.println("HTTP/1.1 200 OK"); out.println("Server: Liziba"); out.println("Content-Type: image/jpeg"); out.println("Content-Length: " + array.length); out.println(""); socket.getOutputStream().write(array, 0, array.length); } else { // 其他資源例如HTML文本等資源（此處僅支持HTML文本資源） br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(absolutePath))); out = new PrintWriter(socket.getOutputStream()); out.println("HTTP/1.1 200 OK"); out.println("Server: Liziba"); out.println("Content-Type: text/html; charset=UTF-8"); out.println(""); while ((line = br.readLine()) != null) { out.println(line); } } out.flush(); } catch (IOException e) { // 錯(cuò)誤提示 out.println("HTTP/1.1 500"); out.println(""); out.flush(); } finally { close(br, in, reader, out, socket); } } /** * 關(guān)閉流 * @param closeables */ private static void close(Closeable... closeables) { if (closeables != null) { for (Closeable c : closeables) { try { if (c != null) c.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } } } }
      在啟動(dòng)服務(wù)前我們需要在本地提前準(zhǔn)備資源，并將資源根目錄指給SimplerHttpServer服務(wù)，我在D盤放了2張圖和一個(gè)html文件。
      HTML代碼
       web服務(wù)測(cè)試頁(yè)面  
      圖片1
        
      圖片2
         
      瀏覽器訪問(wèn)效果（后來(lái)?yè)Q成了純文字，內(nèi)容比較多，ab請(qǐng)求對(duì)HTML中的圖片不加載，瀏覽器是可以加載的）
      文件大概250KB
      啟動(dòng)服務(wù)代碼
      package com.lizba.p3.http; import java.io.IOException; /** * 
       * 啟動(dòng)服務(wù) * 
       * * @Author: Liziba * @Date: 2021/6/18 21:40 */ public class TestHttpServer { public static void main(String[] args) throws IOException { SimplerHttpServer.setBasePath("D:\\test"); SimplerHttpServer.start(); } }
      測(cè)試工具
      Apache HTTP server benchmarking tool(ab)，簡(jiǎn)單說(shuō)明一下這個(gè)測(cè)試工具。ab是一個(gè)Apache Http服務(wù)器基準(zhǔn)測(cè)試工具。它可以測(cè)試HTTP服務(wù)器每秒最多可以處理多少請(qǐng)求。如果測(cè)試的是web應(yīng)用服務(wù)，這個(gè)結(jié)果可以裝換成整個(gè)應(yīng)用每秒可以滿足多少請(qǐng)求。它的缺點(diǎn)是用途比較有限，只能針對(duì)單個(gè)URL進(jìn)行盡可能快的壓力測(cè)試。
      測(cè)試內(nèi)容
      使用ab分10個(gè)線程發(fā)起5000請(qǐng)求，每次測(cè)試結(jié)束后改變線程池的大小，初始大小為1，測(cè)試主要觀察的是SimplerHttpServer的響應(yīng)時(shí)間和每秒完成的查詢數(shù)量，筆者的機(jī)器（CPU(AMD Ryzen 5 3600 6-Core Processor)，內(nèi)存16G）。
      請(qǐng)求指令（具體參數(shù)說(shuō)明請(qǐng)看我的ab工具使用章節(jié)）
      ab -c 10 -n 10000 http://localhost:8888/test.html
      這個(gè)表示同時(shí)處理10個(gè)線程的并發(fā)請(qǐng)求，一共請(qǐng)求10000次
      測(cè)試結(jié)果
      通過(guò)修改線程池的大小，執(zhí)行相同的測(cè)試語(yǔ)句來(lái)測(cè)試，web服務(wù)器的響應(yīng)情況
      線程池線程數(shù)量
      1
      5
      10
      20
      響應(yīng)時(shí)間（ms）
      0.990
      0.297
      0.272
      0.290
      每秒查詢數(shù)量
      1010.08
      3367.34
      3677.18
      3442.95
      測(cè)試完成時(shí)間（s）
      9.900
      2.970
      2.719
      2.904
      總結(jié)：
      在上述測(cè)試結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)隨著線程池的線程數(shù)目的增加，SimpleHttpServer的吞吐量不斷增加，響應(yīng)時(shí)間不斷減小，因此線程池的實(shí)際作用是十分明顯的，但是我們看到線程池中的線程由10改變?yōu)?0的時(shí)候，SimpleHttpServer的響應(yīng)時(shí)間沒(méi)有減少反而有些變大了，因此線程池中的線程數(shù)目也不是越多也好的，線程池中的線程過(guò)多，反而會(huì)給系統(tǒng)增加無(wú)故開銷，適得其反。在實(shí)際開發(fā)中，我們要根據(jù)業(yè)務(wù)具體需求，硬件資源等情況來(lái)設(shè)置線程池的大小，必要的時(shí)候也可以實(shí)現(xiàn)線程池的動(dòng)態(tài)伸縮。
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