不要同时在两个线程之间共享相同的套接字

Question

我有大约60个套接字和20个线程，我想确保每个线程每次都在不同的套接字上工作，所以我不想在两个线程之间共享相同的套接字。

在我的SocketManager类中，我有一个后台线程，每60秒运行一次并调用updateLiveSockets()方法。在updateLiveSockets()方法中，我迭代我拥有的所有套接字，然后通过调用send类的SendToQueue方法逐个ping它们，并根据响应我将它们标记为活或死。在updateLiveSockets()方法中，我总是需要迭代所有套接字并ping它们以检查它们是活还是死。

现在所有读者线程将同时调用getNextSocket()类的SocketManager方法以获得下一个可用的套接字以在该套接字上发送业务消息。所以我在套接字上发送了两种类型的消息：

一个是套接字上的ping消息。这只是从调用updateLiveSockets()类中的SocketManager方法的计时器线程发送的。
其他是套接字上的business消息。这是在SendToQueue课程中完成的。

因此，如果pinger线程正在ping一个套接字以检查它们是否存在，那么没有其他业务线程应该使用该套接字。类似地，如果业务线程使用套接字在其上发送数据，那么pinger线程不应该ping该套接字。这适用于所有套接字。但我需要确保在updateLiveSockets方法中，每当我的后台线程启动时，我们都会ping所有可用的套接字，以便我们可以找出哪个套接字是活的还是死的。

以下是我的SocketManager课程：

public class SocketManager {
  private static final Random random = new Random();
  private final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
  private final Map<Datacenters, List<SocketHolder>> liveSocketsByDatacenter =
      new ConcurrentHashMap<>();
  private final ZContext ctx = new ZContext();

  // ...

  private SocketManager() {
    connectToZMQSockets();
    scheduler.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
      public void run() {
        updateLiveSockets();
      }
    }, 60, 60, TimeUnit.SECONDS);
  }

  // during startup, making a connection and populate once
  private void connectToZMQSockets() {
    Map<Datacenters, List<String>> socketsByDatacenter = Utils.SERVERS;
    for (Map.Entry<Datacenters, List<String>> entry : socketsByDatacenter.entrySet()) {
      List<SocketHolder> addedColoSockets = connect(entry.getValue(), ZMQ.PUSH);
      liveSocketsByDatacenter.put(entry.getKey(), addedColoSockets);
    }
  }

  private List<SocketHolder> connect(List<String> paddes, int socketType) {
    List<SocketHolder> socketList = new ArrayList<>();
    // ....
    return socketList;
  }

  // this method will be called by multiple threads concurrently to get the next live socket
  // is there any concurrency or thread safety issue or race condition here?
  public Optional<SocketHolder> getNextSocket() {
    for (Datacenters dc : Datacenters.getOrderedDatacenters()) {
      Optional<SocketHolder> liveSocket = getLiveSocket(liveSocketsByDatacenter.get(dc));
      if (liveSocket.isPresent()) {
        return liveSocket;
      }
    }
    return Optional.absent();
  }

  private Optional<SocketHolder> getLiveSocket(final List<SocketHolder> listOfEndPoints) {
    if (!listOfEndPoints.isEmpty()) {
      // The list of live sockets
      List<SocketHolder> liveOnly = new ArrayList<>(listOfEndPoints.size());
      for (SocketHolder obj : listOfEndPoints) {
        if (obj.isLive()) {
          liveOnly.add(obj);
        }
      }
      if (!liveOnly.isEmpty()) {
        // The list is not empty so we shuffle it an return the first element
        return Optional.of(liveOnly.get(random.nextInt(liveOnly.size()))); // just pick one
      }
    }
    return Optional.absent();
  }

  // runs every 60 seconds to ping all the available socket to make sure whether they are alive or not
  private void updateLiveSockets() {
    Map<Datacenters, List<String>> socketsByDatacenter = Utils.SERVERS;

    for (Map.Entry<Datacenters, List<String>> entry : socketsByDatacenter.entrySet()) {
      List<SocketHolder> liveSockets = liveSocketsByDatacenter.get(entry.getKey());
      List<SocketHolder> liveUpdatedSockets = new ArrayList<>();
      for (SocketHolder liveSocket : liveSockets) {
        Socket socket = liveSocket.getSocket();
        String endpoint = liveSocket.getEndpoint();
        Map<byte[], byte[]> holder = populateMap();
        Message message = new Message(holder, Partition.COMMAND);

        // pinging to see whether a socket is live or not
        boolean isLive = SendToQueue.getInstance().send(message.getAddress(), message.getEncodedRecords(), socket);
        SocketHolder zmq = new SocketHolder(socket, liveSocket.getContext(), endpoint, isLive);
        liveUpdatedSockets.add(zmq);
      }
      liveSocketsByDatacenter.put(entry.getKey(), Collections.unmodifiableList(liveUpdatedSockets));
    }
  }
}

这是我的SendToQueue课程：

  // this method will be called by multiple reader threads (around 20) concurrently to send the data
  public boolean sendAsync(final long address, final byte[] encodedRecords) {
    PendingMessage m = new PendingMessage(address, encodedRecords, true);
    cache.put(address, m);
    return doSendAsync(m);
  }

  private boolean doSendAsync(final PendingMessage pendingMessage) {
    Optional<SocketHolder> liveSocket = SocketManager.getInstance().getNextSocket();
    if (!liveSocket.isPresent()) {
      // log error
      return false;
    }       
    ZMsg msg = new ZMsg();
    msg.add(pendingMessage.getEncodedRecords());
    try {
      // send data on a socket LINE A
      return msg.send(liveSocket.get().getSocket());
    } finally {
      msg.destroy();
    }
  }

  public boolean send(final long address, final byte[] encodedRecords, final Socket socket) {
    PendingMessage m = new PendingMessage(address, encodedRecords, socket, false);
    cache.put(address, m);
    try {
      if (doSendAsync(m, socket)) {
        return m.waitForAck();
      }
      return false;
    } finally {
      cache.invalidate(address);
    }
  }

问题陈述

现在你可以看到我在两个线程之间共享相同的套接字。似乎getNextSocket()级别的SocketManager可以将0MQ socket归还给Thread A。同时，timer thread可以访问相同的0MQ socket来ping它。在这种情况下，Thread A和timer thread正在改变相同的0MQ socket，这可能会导致问题。所以我试图找到一种方法，以便我可以防止不同的线程同时向同一个套接字发送数据并破坏我的数据。

我能想到的一个解决方案是在发送数据时在套接字上使用synchronization但是如果许多线程使用相同的套接字，则资源利用率不高。此外，如果msg.send(socket);被阻止（技术上它不应该），所有等待此套接字的线程都被阻止。所以我想可能有更好的方法来确保每个线程同时使用不同的单个实时套接字而不是特定套接字上的同步。

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