【Java TCP/IP Socket】TCP Socket通信中由read返回值造成的的死锁问题(含代码)
来源:互联网 发布:otc机器人编程教材 编辑:程序博客网 时间:2024/04/19 06:09
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书上示例
在第一章《基本套接字》中,作者给出了一个TCP Socket通信的例子——反馈服务器,即服务器端直接把从客户端接收到的数据原原本本地反馈回去。
书上客户端代码如下:
import java.net.Socket;import java.net.SocketException;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;public class TCPEchoClient {public static void main(String[] args) throws IOException {if ((args.length < 2) || (args.length > 3)) // Test for correct # of argsthrow new IllegalArgumentException("Parameter(s): <Server> <Word> [<Port>]");String server = args[0]; // Server name or IP address// Convert argument String to bytes using the default character encodingbyte[] data = args[1].getBytes();int servPort = (args.length == 3) ? Integer.parseInt(args[2]) : 7;// Create socket that is connected to server on specified portSocket socket = new Socket(server, servPort);System.out.println("Connected to server...sending echo string");InputStream in = socket.getInputStream();OutputStream out = socket.getOutputStream();out.write(data); // Send the encoded string to the server// Receive the same string back from the serverint totalBytesRcvd = 0; // Total bytes received so farint bytesRcvd; // Bytes received in last readwhile (totalBytesRcvd < data.length) {if ((bytesRcvd = in.read(data, totalBytesRcvd,data.length - totalBytesRcvd)) == -1)throw new SocketException("Connection closed prematurely");totalBytesRcvd += bytesRcvd;} // data array is fullSystem.out.println("Received: " + new String(data));socket.close(); // Close the socket and its streams}}
书上的服务器端代码如下:
import java.net.*; // for Socket, ServerSocket, and InetAddressimport java.io.*; // for IOException and Input/OutputStreampublic class TCPEchoServer {private static final int BUFSIZE = 32; // Size of receive bufferpublic static void main(String[] args) throws IOException { if (args.length != 1) // Test for correct # of argsthrow new IllegalArgumentException("Parameter(s): <Port>"); int servPort = Integer.parseInt(args[0]); // Create a server socket to accept client connection requests ServerSocket servSock = new ServerSocket(servPort); int recvMsgSize; // Size of received message byte[] receiveBuf = new byte[BUFSIZE]; // Receive buffer while (true) { // Run forever, accepting and servicing connectionsSocket clntSock = servSock.accept(); // Get client connectionSocketAddress clientAddress = clntSock.getRemoteSocketAddress();System.out.println("Handling client at " + clientAddress); InputStream in = clntSock.getInputStream();OutputStream out = clntSock.getOutputStream();// Receive until client closes connection, indicated by -1 returnwhile ((recvMsgSize = in.read(receiveBuf)) != -1) {out.write(receiveBuf, 0, recvMsgSize);}clntSock.close(); // Close the socket. We are done with this client!} /* NOT REACHED */ }}
示例程序当然运行无误,运行结果如下:
问题的引出
首先明确几点:
1、客户端与服务器端在接收和发送数据时,read()和write()方法不一定要对应,比如,其中一方可以一次发送多个字节的数据,而另一方可以一个字节一个字节地接收,也可以一个字节一个字节地方送,而多个字节多个字节地接收。因为TCP协议会将数据分成多个块进行发送,而后在另一端会从多个块进行接收,再组合在一起,它并不仅能确定read()和write()方法中所发送信息的界限。
2、read()方法会在没有数据可读时发生阻塞,直到有新的数据可读。
注意客户端中下面部分代码
while (totalBytesRcvd < data.length) {if ((bytesRcvd = in.read(data, totalBytesRcvd,data.length - totalBytesRcvd)) == -1)throw new SocketException("Connection closed prematurely");totalBytesRcvd += bytesRcvd;} // data array is full客户端从Socket套接字中读取数据,直到收到的数据的字节长度和原来发送的数据的字节长度相同为止,这里的前提是已经知道了要从服务器端接收的数据的大小,如果现在我们不知道要反馈回来的数据的大小,那么我们只能用read方法不断读取,直到read()返回-1,说明接收到了所有的数据。我这里采用一个字节一个字节读取的方式,代码改为如下:
while((bytesRcvd = in.read())!= -1){data[totalBytesRcvd] = (byte)bytesRcvd;totalBytesRcvd++;}
这时问题就来了,输出结果如下:
问题的分析
客户端没有数据打印出来,初步推断应该是read()方法始终没有返回-1,导致程序一直无法往下运行,我在客客户端执行窗口中按下CTRL+C,强制结束运行,在服务器端抛出如下异常:
Exception in thread "main" java.net.SocketException: Connection reset
at java.net.SocketInputStream.read(Unknown Source)
at java.net.SocketInputStream.read(Unknown Source)
at TCPEchoServer.main(TCPEchoServer.java:32)
异常显示,问题出现在服务端的32行,没有资源可读,现在很有可能便是由于read()方法始终没有返回-1所致,为了验证,我在客户端读取字节的代码中加入了一行打印读取的单个 字符的代码,如下:
while((bytesRcvd = in.read())!= -1){data[totalBytesRcvd] = (byte)bytesRcvd;System.out.println((char)data[totalBytesRcvd]);totalBytesRcvd++;}此时运行结果如下:
很明显,客户端程序在打印出最有一个字节后不再往下执行,没有执行其后面的System.out.println("Received: " + new String(data));这行代码,这是因为read()方法已经将数据读完,没有数据可读,但又没有返回-1,因此在此处产生了阻塞。这便造成了TCP Socket 通信的死锁问题。
问题的解决
查阅相关资料,仔细阅读了书上的每个细节,在通过对比书上的代码和自己的代码,发现了问题所在。问题就出现在read()方法上,这里的重点是read()方法何时返回-1,在一般的文件读取中,这代表流的结束,亦即读取到了文件的末尾,但是在Socket套接字中,这样的概念很模糊,因为套接字中数据的末尾并没有所谓的结束标记,无法通过其自身表示传输的数据已经结束,那么究竟什么时候read()会返回-1呢?答案是:当TCP通信连接的一方关闭了套接字时。 再次分析改过后的代码,客户端用到了read()返回-1这个条件,而服务端也用到了,只有二者有一方关闭了Socket,另一方的read()方法才会返回-1,而在客户端打印输出前,二者都没有关闭Socket,因此,二者的read()方法都不会返回-1,程序便阻塞在此处,都不往下执行,这便造成了死锁。
反过来,再看书上的给出的代码,在客户端代码的while循环中,我们的条件是totalBytesRcvd < data.length,而不是(bytesRcvd = in.read())!= -1,这样,客户端在收到与其发送相同的字节数之后便会退出while循环,再往下执行,便是关闭套接字,此时服务端的read()方法检测到客户端的关闭,便会返回-1,从而继续往下执行,也将套接字关闭。因此,不会产生死锁。
那么,如果在客户端不知道反馈回来的数据的情况下,该如何避免死锁呢?Java的Socket类提供了shutdownOutput()和shutdownInput()另个方法,用来分别只关闭Socket的输出流和输入流,而不影响其对应的输入流和输出流,那么我们便可以在客户端发送完数据后,调用shutdownOutput()方法将套接字的输出流关闭,这样,服务端的read()方法便会返回-1,继续往下执行,最后关闭服务端的套接字,而后客户端的read()方法也会返回-1,继续往下执行,直到关闭套接字。
客户端改变后的代码部分如下:
out.write(data); // Send the encoded string to the serversocket.shutdownOutput();
这样,便得到了预期的运行结果,如下:
总结
由于read()方法只有在另一端关闭套接字的输出流时,才会返回-1,而有时候由于我们不知道所要接收数据的大小,因此不得不用read()方法返回-1这一判断条件,那么此时,合理的程序设计应该是先关闭网络输出流(亦即套接字的输出流),再关闭套接字。
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