面试题：网络编程之多线程Socket复杂场景处理

1. 整体设计思路

采用基于TCP协议的Socket通信，利用多线程实现并发处理，以确保可靠、高效的通信。

2. 处理网络故障

心跳检测机制：
- 每个节点定期（如每隔 n 秒）向其他节点发送心跳包。接收方收到心跳包后回复确认信息。
- 如果发送方在一定时间（如 m 秒，m > n）内未收到确认信息，则认为目标节点可能出现故障。
- 代码示例（以Java为例）：

// 发送心跳包线程
new Thread(() -> {
    while (true) {
        try {
            socket.getOutputStream().write("HEARTBEAT".getBytes());
            socket.getOutputStream().flush();
            Thread.sleep(n * 1000);
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();

// 接收心跳包及回复线程
new Thread(() -> {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    while (true) {
        try {
            int len = socket.getInputStream().read(buffer);
            if (len > 0) {
                String msg = new String(buffer, 0, len);
                if ("HEARTBEAT".equals(msg)) {
                    socket.getOutputStream().write("ACK".getBytes());
                    socket.getOutputStream().flush();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();

故障恢复与重连：
- 当检测到节点故障时，启动重连机制。每隔一段时间（如 k 秒）尝试重新连接故障节点。
- 维护一个故障节点列表，对列表中的节点进行周期性重连尝试。

3. 数据一致性

分布式共识算法：
- 采用如Paxos或Raft算法。以Raft为例，选举出一个Leader节点，所有写操作先发送到Leader节点。
- Leader节点将数据复制到多数派节点后，才认为该数据写入成功，并向客户端返回确认信息。
- 读操作可以在Leader节点执行，也可以通过配置在Follower节点执行（需保证数据同步）。
版本控制：
- 为每个数据对象附加版本号。每次数据更新时，版本号递增。
- 节点在接收数据时，对比版本号。如果接收到的数据版本号小于本地版本号，则忽略该数据。

4. 线程间协调

线程池：
- 使用线程池来管理处理Socket通信的线程。例如，在Java中可以使用 ThreadPoolExecutor。
- 根据系统资源和预估的并发连接数，合理设置线程池的核心线程数、最大线程数等参数。

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    corePoolSize,
    maximumPoolSize,
    keepAliveTime,
    TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<>());

锁机制：
- 对于共享资源（如数据存储、连接池等）的访问，使用锁机制（如Java中的 synchronized 关键字或 ReentrantLock）来保证线程安全。
- 尽量减小锁的粒度，以提高并发性能。例如，对于不同的数据分区，可以使用不同的锁。
信号量：
- 当需要限制同时访问某个资源的线程数量时，使用信号量。比如，限制同时与某个节点建立的连接数。

Semaphore semaphore = new Semaphore(maxConnections);
try {
    semaphore.acquire();
    // 建立连接操作
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    semaphore.release();
}

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面试题：网络编程之多线程Socket复杂场景处理

知识考点

面试题答案

1. 整体设计思路

2. 处理网络故障

3. 数据一致性

4. 线程间协调