DistSocketServer

一个多线程socket作业

实验目的与计划

1. 熟悉分布式系统与分布式计算原理；
2. 通过java编程实践，了解服务器间的通信原理，以及并发情况下资源管理方法；
3. 通过调研，了解软件设计和软件工程的相关方法，其中包括面向对象建模方法，设计模式，单元测试方法等；

功能需求

作业基本要求：使用Client/Server架构，设计和实现一个多线程字典服务器，能够将让并发的client从Server中查询单词、新增单词、删除单词和修改单词；系统的实现必须基于两个最基本技术（最底层最抽象的网络通信和并发控制技术）：Java Socket和Java Thread；不能用其他序列化工具如：RMI、JMS；

系统设计

系统模型

#本实验使用C/S的系统架构，其中有一个字典Server启动等待一个或多个Client访问操作，如下图：

安全模型

#因为在该实验的C/S架构中，进程的通信是通过TCP协议对传输信息进行封装，如果在通信的过程中不使用密文通信的话，是可以通过抓包软件（如Wireshark）对TCP报文结构的数据部分进行偷取。所以本实验中，基于java socket通信中使用DES对称加密方法对发送的信息进行加密通信，具有一定的安全性。其中TCP协议结构图、加密流程图等如下：

线程模型

#在本实验的实践中，服务器端Socket面对每一个新接入的客户端Socket的时候会出现资源共享问题，那么需要对应的并发控制方法：线程模型设计，线程安全设计。在面对每一个client接入的请求中使用Worker-pool模型（如下图）；其中线程模型设计在本实验中是使用JUI的线程池（Executors.newFixedThreadPool方法），默认一开始设定有限个线程的线程池给予新接入的client使用。使用线程池有以下好处，从而提高系统的吞吐量： 1、计算机资源有限，不能无限开线程给新接入的client使用； 2、线程的创建和销毁开销较大，设定一些已建立的线程在线程池中给client重用可以提高系统效率； 3、有相关的管理方法对线程池进行同一管理：如分配算法、监控方法等 如果多个线程对一个资源进行读写会出现线程安全问题，如：丢失修改、读“脏数据”，不可重复读等。在线程安全设计中，本实验使用单例模式+同步操作。首先为客户端服务器设计一个接口处理器(DictHandler.java)，该类是单例模式，在整个server的声明周期中只能只能创建一个， 其方法是加上synchronized，只能一个线程对其进行访问操作，其他线程则等待，所以是线程安全的。 除此之外，本实验中在业务层也加入了对象线程池(apache common pool2)，面对多个对象的创建可以更节省系统资源（DictHandlerPool.java）。

日志模型

#本实验添加一个日志操作记录功能，任意的client接入server的所有请求都需要记录在系统中，记录信息包括（IP地址、端口号、请求接口、请求参数、请求结果）。其中使用AOP面向切面编程实现该日志功能：AOP则提供了一个名叫“横切”的技术，把影响多个类的公共行为封装到一个可重用的模块，并将其命名为“Aspect”，即“切面”。“切面”的用途把那些与业务无关，但被业务模块共同调用的程序和模块封装起来，提供一个公共模块，从而降低不同业务模块的耦合度，提高业务的可操作性和可维护性。横切关注点的主要业务如“权限认证”、“日志”、“事务”等。其中本实验将optLogSave抽象成AOP，如下图：

交互和存储模型

#因为本实验没有使用数据库存储字典数据和操作日志数据，选择以XML格式(dom4j)将数据存储在磁盘文件系统上；socket的通信数据格式则是使用json格式(fastjson)封装，再加密进行交互；

程序设计

#分层编码包括：持久层、服务层、接口层、驱动层，单元测试等具体查阅代码；

系统测试部署

#略

总结

#本实验是简单多线程Socket通信实验，其中的设计包括： （1）线程模型使用woker-pool模型；线程安全控制使用单例模式+同步锁； （2）Socket通信为了提高安全性使用DES加密对TCP的数据报文部分加密； （3）使用JSON封装request和response再进行传输；使用XML格式对数据进行持久化操作； （4）新增一个操作日志记录功能，使用AOP面向切面编程思想实现；