java多线程监听同一个端口一个线程监听多个端口

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IT独行侠 2023-12-13 03:43:33

文章标签 java多线程监听同一个端口套接字服务进程等待队列 文章分类 Java 后端开发

1. 问题描述

一个进程监听端口，经验告诉我们，如果多次启动一个进程会报错：“Address already in use!"。这是由于bind函数导致的，由于该端口号已经被第一个进程监听了。有哪些方法可以实现多个进程监听同一个端口呢？

2. 方案一：fork

只要在绑定端口号（bind函数）之后，监听端口号之前（listen函数），用fork（）函数生成子进程，这样子进程就可以克隆父进程，达到监听同一个端口的目的，而且还相互竞争，提高程序效率。

这里要注意的是，TCP三次握手创建连接是不需要服务进程参数的，而服务进程仅仅要做的事调用accept将已建立的连接构建对应的连接套接字connfd

bind()
fork()
listen()

2.1 惊群现象

多个服务进程同时阻塞在accept等待监听套接字已建立连接的信息，那么当内核在该监听套接字上建立一个连接，那么将同时唤起这些处于accept阻塞的服务进程，从而导致“惊群现象”的产生，唤起多余的进程间影响服务器的性能（仅有一个服务进程accept成功，其他进程被唤起后没抢到“连接”而再次进入休眠）。

2.2 惊群问题

惊群会导致资源竞争，对于操作系统来说，多个进程/线程在等待同一资源时，也会产生类似的效果，其结果就是每当资源可用，所有的进程/线程都来竞争资源，会造成以下后果：

系统对用户进程/线程频繁的做无效的调度、上下文切换，系统性能大打折扣。
为了确保只有一个线程得到资源，用户必须对资源操作进行加锁保护，进一步加大了系统开销。

2.3 惊群解决

2.3.1 方法一

在Linux 2.6版本之前，监听同一个socket的进程会挂在一个等待队列上，当请求到来时，会唤醒所有等待的子进程。
当时可以使用锁解决这种惊群问题。

for(;;) {
lock();
int client = accept(...);
unlock();
if (client < 0) continue;
...
}

2.3.2 方法二

在Linux 2.6版本之后，通过引入一个标记位，解决掉了惊群问题。内核开发者增加了一个“互斥等待”选项。一个互斥等待的行为与睡眠基本类似，主要的不同点在于：
1）当一个进程加入等待队列时，如果该进程有 WQ_FLAG_EXCLUSEVE 标志置位，它被添加到等待队列的尾部。没有这个标志，则添加到队列开始。
2）当 wake_up 在一个等待队列上被调用时，它会唤醒第一个有 WQ_FLAG_EXCLUSIVE 标志的进程后停止。
也就是说，对于互斥等待的行为，比如对一个Socket，多线程阻塞accept时，系统内核只会唤醒所有正在等待此事件的队列的第一个，队列中的其他进程则继续等待下一次事件的发生，这样就避免的多个线程同时监听同一个socket时的惊群问题。