分布式计算（二）进程间通信
来源：程序员人生 发布时间：2014-09-29 19:53:55 阅读次数：2475次
每天积累一点点，终有一天会水落石出，不明白的地方越来越多，对于分布式计算从底层开始走起，会理解的更深刻。
进程间的通信是什么？和分布式又怎么扯上了关系？ 怎么定义？ 缠绕心中，不得其所
1、进行间通信的基本原理
在网络和分布式程序设计中，进程间通信（IPC： Inter-Process Communication）是非常重要的开发方法。进行间通信大致可以分为两类：一类是应用在同一节点上的进程间通信方法，主要有管道、FIFO、信号、消息对列和共享内存等；另一类是应用在不同节点上的进程间通信方法，基于套接字（Sockets）的通信是一种典型方法。
可以把Java进行理解为JVM进程，其进程间通信依靠系统调用来实现。Java要实现进程间通信，可以使用RMI或者CORBA。事实上，Java的CORAB也是通过RMI来实现的，而RMI归根结底也是利用Socket来实现的。所以说Java进程间通信的最基本手段是Socket也不为过。
例程Inprocess 是用共享内存的方式实现进程间通信。
进程间通信Inprocess简易图
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;
public class Producer extends Thread {
private String mFileName;
private FileChannel mFileChannel;
private MappedByteBuffer mMappedByteBuffer;
public Producer(String fn){
try{
mFileName=fn;
//获得一个可读写的随机存取文件对象
RandomAccessFile RAFile=new RandomAccessFile(mFileName,"rw");
//获得相应的文件通道
mFileChannel =RAFile.getChannel();
//设定文件大小，以便映像到共享内存
int size=10000;
//获得共享内存缓冲区，该共享内存可读
mMappedByteBuffer =mFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, size).load();
}catch(IOException ex){
System.out.println(ex);
}
}
public void run(){
int i=0;
while(true){
try{
FileLock lock=null;
lock=mFileChannel.tryLock();
if(lock==null){
System.err.println("Producer:lock failed");
continue;
}
mMappedByteBuffer .putInt(0,++i);
mMappedByteBuffer.putInt(4,++i);
mMappedByteBuffer.putInt(8,++i);
System.out.println("Producer:"+(i-3)+":"+(i-2)+":"+(i-1));
Thread.sleep(200);
lock.release();
Thread.sleep(500);
}catch(IOException ex){
System.out.println(ex);
}catch(InterruptedException ex){
System.out.println(ex);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Producer producer=new Producer("sharedMemory");
producer.run();
}
}
该程序定义了一个用java线程机制实现的简单缓冲区。该缓冲区获得一个可读写的随机存取文件对象。Producer类利用Thread类的派生创建一个新线程，并直接创建该线程类的一个实例。线程启动后，线程向缓冲区中写入数据的生产者线程，该线程连续不断地每隔一段时间就往缓冲区中放入一个新数据。
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;
public class Consumer extends Thread{
private String mFileName;
private FileChannel mFileChannel;
private MappedByteBuffer mMappedByteBuffer;
public Consumer(String fn){
try{
mFileName=fn;
//获得一个可读写的随机存取文件对象
RandomAccessFile RAFile=new RandomAccessFile(mFileName,"r");
//获得相应的文件通道
mFileChannel =RAFile.getChannel();
//设定文件大小，以便映像到共享内存
int size=10000;
//获得共享内存缓冲区，该共享内存可读
mMappedByteBuffer=mFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0,size).load();
}catch(IOException ex){
System.out.println(ex);
}
}
public void run(){
while(true){
try{
Thread.sleep(300);
FileLock lock=null;
lock=mFileChannel.tryLock(0,10,true);
if(lock==null){
System.err.println("Consumer:lock failed");
continue;
}
Thread.sleep(200);
System.out.println("Consumer: "+mMappedByteBuffer.getInt(0)+":"+mMappedByteBuffer.getInt(4)+":"+mMappedByteBuffer.getInt(8));
lock.release();
}catch(IOException ex){
System.out.println(ex);
}catch(InterruptedException ex){
System.out.println(ex);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Consumer consumer=new Consumer("sharedMemory");
consumer.start();
}
}
该程序也用java线程机制实现了一个简单的缓冲区。该缓冲区获得一个可读写的随机存取文件对象，获得相应的文件通道，取得文件的实际大小，以映像到共享内存，获得共享内存缓冲区。Consumer类利用Thread类的派生类创建一个新线程，并直接创建该线程类的一个实例。线程启动后，线程从缓冲区中读出数据的消费者线程，该线程不断地从缓冲区中取出数据并显示在屏幕上。
2、 接口与接口定义语言
接口定义语言也称为接口描述语言（IDL），是描述软件组件接口的语言规范。IDL用中立语言的方式进行描述，能使软件组件（用不同的语言编写）间实现相互通信。IDL提供了将对象的接口与其实现分离的能力，将事务与其具体实现分离的概念。
3、数据表示与编码
进行间通信是分布式系统中首要解决的基本问题。在面向对象的分布式系统中，进程间通信通常表现为远程对象间的消息传递。在通信双方的进程维护着消息队列，发送进程将消息先放到发送方缓冲区，并通过通信信道到达目的主机的接收缓冲区，接收进程从缓冲区取出数据。要在基于二进制流的网络上传递抽象的数据类型或对象，必须以通信双发可以理解的格式对数据进行编码。
不同抽象层数据表示标准
外部数据表示（XDR：EXternal Data Representation） 是SunSoft提供的一种与体系结构无关的数据表示方法，解决了数据字节排序的差异、数据字节大小、数据表示和数据对准的方式。使用XDR的应用程序，可以在异构硬件系统上交换数据。
抽象语法标记 ASN.1（Abstrat Syntax Notation One） 是在较高抽象层上对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。ASN.1及其编码规则进行了结构化数据的传输，以一种独立于计算机架构和语言的方式来描述数据结构。
在更高的抽象层次，并且也是应用较为广泛的是可扩展标记语言 （XML：Extensible Markup Language）。 XML继承了通用标记语言标准（SGML：Standard for General Markup Language）具有的可扩展性（用户能够根据需要，自行定义新的标识及属性名）、结构性（XML 的文件结构嵌套可以复杂到任意程度，能表示面向对象的等级层次）及可校验性（XML文件可以包括一个语法描述，使应用程序可以对此文件进行结构确认）。因此，XML使得分布式系统之间的数据交换更为容易，允许数据在应用系统间共享。
4、事件同步机制
由于进程间通信的相关进程是独立执行的，各进程间不知道对方进程的执行情况，所以，进程间通信设施常采用事件同步机制。最简单的事件同步方法是阻塞机制，即挂起某一进程的执行，直到该进程发起的某个操作执行结束。
根据进程间同步方式的不同，可将进程间通信方式分为3种。
1）同步通信：放送方发出消息后就等待，直到接收方返回确认信息才继续执行。
2）异步通信：发送方发出消息后依然继续执行，再利用空闲时间对接收方进行轮询，以检查请求是否已处理完毕。
3）单向通信：发送方发出消息后依然继续执行，不再询问请求是否处理完成。
参考：
《分布式计算实验教程》
生活不易，码农辛苦
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