软件系统架构分析之一：传统socket通讯阻塞现象分析

如果想要做一个高性能的软件系统，如何处理好系统各方面的瓶颈问题非常重要。

我觉得在一个基于Java的系统中，最容易出现性能瓶颈的地方就在线程、IO、数据库这几个方面。Socket通讯是我们系统间最常用的通讯方式之一，而Socket通讯又是伴随着大量IO操作，而且，因为socket的连接、读、写都是阻塞的，容易成为最明显的系统性能瓶颈。这篇文章记录一下自己对于socket阻塞现象的分析。

socket主要在accept方法，read方法，write方法上阻塞，从而影响性能。

1. 先上一段Server端TcpServer的代码：

package com.john;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpServer {
public static void main(String args[]) throws IOException, InterruptedException {
ServerSocket server = new ServerSocket(5050);
System.out.println("0.server start ...");
while (true) {
long startTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("1.waiting for client connect....");
System.out.println("2.Begin accept!");
Socket socket = server.accept();
System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getName() + " and client socek:"+socket.getPort());
System.out.println("3.Client accept!" + socket);
InputStream in = socket.getInputStream();
OutputStream out = socket.getOutputStream();
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
char c = (char) in.read();
long endTime2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("read timeUsed===>>>" + (endTime2- startTime2));
Thread.sleep(5000);
System.out.println("4.server receive msg===>>>" + c);
out.write(c);
out.flush();
in.close();
socket.close();
long endTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(socket.getPort() + "" +
"client total timeUsed===>>>" + (endTime1 - startTime1));
}
}
}

启动socket server，能看到以下日志：

0.server start ...
1.waiting for client connect....
2.Begin accept!

说明此时accept是阻塞的，等待客户端连接过来。

2. 然后，我们来看客户端TcpClient的代码：

package com.john;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
public class TcpClient {
public static void main(String args[]) throws IOException, InterruptedException {
//for (int i = 0; i < 5; i++) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 5050);
InputStream in = client.getInputStream();
OutputStream out = client.getOutputStream();
Thread.sleep(5000);
out.write('a');
out.flush();
System.out.println("client send data===>>>" + 'a');
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
char c = (char) in.read();
long endTime2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("return data===>>>" + c);
System.out.println("read timeUsed===>>>" + (endTime2- startTime2));
out.close();
in.close();
client.close();
long endTime = System.currentTimeMillis();
long timeUsed = endTime - startTime;
System.out.println("total timeUsed===============>>>>>>>>>>>>>>" + timeUsed);
//}
}
}
TcpClient的代码中，在连接到TcpServer后设置了5秒的等待时间。

运行TcpClient后，我们在服务端TcpServer的日志中能看到：

1.waiting for client connect....
2.Begin accept!
Thread:main and client socek:54848
3.Client accept!Socket[addr=/127.0.0.1,port=54848,localport=5050]

（在此处能看到光标等待了5秒时间，即服务端的in.read()方法是阻塞的）

read timeUsed===>>>5002
4.server receive msg===>>>a
然后因为在TcpServer的代码中，在返回客户端之前我们也设置了5秒的等待时间，然后我们在客户端TcpClient的日志中也能看到：
client send data===>>>a
（在此处能看到光标等待了5秒时间，即客户端in.read()方法是阻塞的）
return data===>>>a
read timeUsed===>>>5002
total timeUsed===============>>>>>>>>>>>>>>10012
3. 我们多运行几次TcpClient，能看到TcpServer的日志中：
1.waiting for client connect....
2.Begin accept!
Thread:main and client socek:54883
3.Client accept!Socket[addr=/127.0.0.1,port=54883,localport=5050]
read timeUsed===>>>5002
4.server receive msg===>>>a
1.waiting for client connect....
2.Begin accept!
服务端TcpServer中始终都是main单线程在accept()方法处阻塞，等待客户端连接过来。
4.最后，我们给TcpClient加上for循环（将代码中的for循环注释打开）并将5秒的等待时间去掉，多运行几个client客户端（3个），会发现如下现象：
TcpServer的日志能看到，其对所有的客户端处理时间都是5秒（因为设置了延时5秒）：
3.Client accept!Socket[addr=/127.0.0.1,port=54999,localport=5050]
read timeUsed===>>>0
4.server receive msg===>>>a
54999client total timeUsed===>>>5002
1.waiting for client connect....
2.Begin accept!
Thread:main and client socek:55000
3.Client accept!Socket[addr=/127.0.0.1,port=55000,localport=5050]
read timeUsed===>>>1
4.server receive msg===>>>a
55000client total timeUsed===>>>5002
但是客户端的日志中，能看到3个客户端的等待时间却是15秒！
read timeUsed===>>>15010
total timeUsed===============>>>>>>>>>>>>>>15014
client send data===>>>a
return data===>>>a
read timeUsed===>>>15019
total timeUsed===============>>>>>>>>>>>>>>15021

这又是怎么回事呢？
因为服务器是单线程的，只能依次处理3个客户端的请求，每个客户端接收到的返回延时会随着客户端的增多而翻倍！

5.总结
传统socket程序因为使用的是传统的IO流，在accept连接，read、write数据时都是阻塞的，线程会一直等待流结果后才能继续下一步运作，这极大地降低了线程的使用效率。
如果要提高客户端响应速度，只能增加线程数，即多线程的socket编程，我们下一篇文章来讲述这部分内容。

最后

以上就是矮小草丛为你收集整理的软件系统架构分析之一：传统socket通讯阻塞现象分析的全部内容，希望文章能够帮你解决软件系统架构分析之一：传统socket通讯阻塞现象分析所遇到的程序开发问题。

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