tomcat的线程模型

Question

现在考虑这样一个情景。你要做一个高性能的通讯程序，现在按照传统方式开始做。客户端就不写了。服务器端的代码大致如下：
//建立一个服务器端socket
ServerSocket socket = new ServerSocket(port,backlog);
//开始监听
while((Socket socket = socket.accept())!=null) {
//开一个线程，处理收到的socket。
Thread t = new BusinessThread(socket);
t.start();

//其他事情，例如计数，计算收到了多少个请求。
count++;
}它的缺点是什么：开辟线程比较浪费时间和资源。
1、可能开辟到一定程度的时候，资源全被线程吃掉，导致性能下降。2、线程的数目不可控，因为你不知道这个线程什么时候结束。现在开始第一次改进。解决开辟线程浪费的时间和资源。最基本的思路，大家都应该能想到，我们用个线程池来做这个事情。假设线程池里有了一些事先做好的线程。//建立一个服务器端socket
ServerSocket socket = new ServerSocket(port,backlog);
//开始监听
while((Socket socket = socket.accept())!=null) {
//开一个线程，处理收到的socket。
ControlRunnable r = ThreadPool.getWorkThread();
if(t != null) {
ThreadPool.touch(r,socket); ==>>将该线程需要的数据绑定。
ThreadPool.runIt(r); ==>>运行完後需要将该线程放回去:Thread.release(r)。
} else {
wait();
//线程池中暂时没有空闲线程可供使用。
}
}ThreadPool.getWorkThread() { if(totalThread - busyThread - 1 < 0) 
return null; //没有可用的线程了。
r = pool[totalThread - busyThread - 1];
pool[totalThread - busyThread - 1] = null;
busyThread++;
return r;}Thread.release(r) {
pool[totalThread - busyThread] = r;//注意这里busyThread不可能为0
busyThread--;
}这个程序的缺点是什么？
getWorkThread()和r.release()需要同步。否则会发生混乱。这样造成一个后果，就是由于getWorkThread在等待，导致很多socket连接被拒绝（超过了backlog）。第二次改进：防止过多socket被拒绝。思路：保证连接能很快收到。我们可以在这里放一个队列，以便接收请求。
另外线程池中有很多线程在这里监听这个队列，当这个队列中有内容时，其中一个线程取出socket进行处理。//建立一个服务器端socket
ServerSocket socket = new ServerSocket(port,backlog);
//开始监听
while((Socket socket = socket.accept())!=null) {
queue.putConnection(socket);
queue.notify();//通知线程池中的线程去处理。
}线程中的处理过程：
while(true) {
Socket s = (Socket)queue.get();
if(s != null) {
//业务处理
} else {
wait();
}
}putConnection的过程：
putConnection(s) {
if(queue.size>MAX_LENGTH)
write(s,"服务器忙");
queue.put(s);
}这个程序的缺点：1、queue在get的时候都需要同步。（注意put可以不同步，因为队列是2头的，我只需要同步取的那头，放的那头由于只有一个线程在放，因此可以不同步）
2、工作线程和主线程需要切换後才开始运行业务。
所以这个线程模型不是最优的。这个就是Master Slave Worker Thread 模型。第三次改进：这就是Leader Follower Worker Thread。tomcat所用的线程模型。
思路：线程池中有很多线程处于等待工作状态，只有一个线程的处于监听状态（这就是leader线程），接收到socket後就去处理（变成了follower线程），同时通知另一个线程进入监听状态。
//建立一个服务器端socket
ServerSocket socket = new ServerSocket(port,backlog);
//开始监听
Socket socket = socket.accept()
ThreadPool.notify()
//做业务处理
.....
//业务处理完成
returnControlToThreadPool();
}缺点：returnControlToThreadPool()时需要同步，但这是在业务已经处理完成的情况下。并且很难有大量线程同时做这个操作，可以忽略不计。
欢迎高手一起讨论，群:8990357

Answer 1

LZ强悍!
最近我也有要写个服务端的任务,最初采用的就是线程池(也就是你的1版本),遇到的问题也是相同的.
如果是用C++来写的话,IO完成端口模型是目前性能最高的,在JAVA中设计起来感觉难度要大一些了(可能是我的JAVA不熟的原因:) ),如果按照LZ的说法,显然也无法解法恶意连接的问题,
继续寻找设计方案中,欢迎一起讨论(Q:710502169)

Answer 2

第三次改进(详细解释)：这就是Leader Follower Worker Thread。tomcat所用的线程模型。
思路：线程池中有很多线程处于等待工作状态，只有一个线程的处于监听状态（这就是leader线程），接收到socket後就去处理（变成了follower线程），同时通知另一个线程进入监听状态。
//建立一个服务器端socket                leader线程                                              线程池中的某一空闲线程
//开始监听
Socket socket = socket.accept()                                         wait();
ThreadPool.notify()  =====通知另一个线程进入接受状态=========>          socket.accept();
//做业务处理                                                            //做业务处理
.....                                                                   .......
//业务处理完成                                                          //业务处理完成
returnControlToThreadPool();                                            returnControlToThreadPool();注意这里的leader线程，ThreadPool.notify()这句仅仅是发一个通知，然后进行业务处理，这样在没有线程切换的情况下就进行处理。
tomcat的源码这个地方是一个读起来比较困难的地方，必须了解它的线程模型才能继续下去。
tomcat这部分的相关源码参见
org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPool（这是该线程模型中最重要的类，和它的内部类ControlRunnable）
org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolRunnable
org.apache.tomcat.util.threads.ThreadWithAttributes(绑定线程的参数，类似ThreadLocal)
org.apache.coyote.http11.Http11BaseProtocol(主要是该类中的内部类Http11ConnectionHandler)
org.apache.tomcat.util.net.PoolTcpEndpoint缺点：returnControlToThreadPool()时需要同步，但这是在业务已经处理完成的情况下。并且很难有大量线程同时做这个操作，可以忽略不计。