CN111431805A - 一种物联网多路信号复用的同步策略方法 - Google Patents

一种物联网多路信号复用的同步策略方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种物联网多路信号复用的同步策略方法，包括以下步骤：固定网络路由服务器结构、选择服务器标示符、服务器判定目标地址、提高性能吞吐量、实现锁无关算法和保证线程同步安全；本发明使用锁无关的路由表同步算法，使线程之间在同步传递消息时不会产生顺序死锁问题，并使线程能够进行复用，减少线程创建销毁开销，通过这个算法实现的一个背后的支持是Java设计有垃圾回收机制，使服务器路由表在“写”操作完成后，旧的内存数据引用值更改为新的内存数据引用值之后，最后一个“读”操作直接销毁旧的内存数据，从而保证物联网多路信号同步传递的正常进行。

Description

一种物联网多路信号复用的同步策略方法
技术领域
本发明涉及集物联网多路信号复用技术领域，尤其涉及一种物联网多路信号复用的同步策略方法。
背景技术
物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位***、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络；
目前的物联网大都采用单一的媒体上承载多路信号，称为多路复用，而在物联网同步消息传递机制中，两个个线程之间容易产生顺序死锁问题，因此需要加入线程间消息传递机制必须是异步的，也就是通过另一条独立线程去运行sendMessage方法，用以解决死锁问题，但为每一次sendMessage创建销毁线程的代价是非常大的，因此，本发明提出一种物联网多路信号复用的同步策略方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种物联网多路信号复用的同步策略方法，该方法使用锁无关的路由表同步算法，使线程之间在同步传递消息时不会产生顺序死锁问题，并使线程能够进行复用，减少线程创建销毁开销。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种物联网多路信号复用的同步策略方法，包括以下步骤：
步骤一：固定网络路由服务器结构
物联网中的路由选择算法分为静态路由选择协议和动态路由选择协议，用于检测和适应网络拓扑的变化，源地址将信息发送给目标地址所选择的路径受到服务器集群的网络连接拓扑结构决定，本***构成的小型网络采用静态路由将网络路由服务器集群结构固定为树状结构，并使用静态路由选择算法；
步骤二：选择服务器标示符
根据步骤一，在服务器集群构成的应用层网络连接中，连接设为两端，连接的输入端为监听端，而另一端为连接端，在服务器集群中用每个服务器的IP地址加上服务器通讯组件中监听端口号作为唯一标示符；
步骤三：服务器判定目标地址
路由服务器中建立有实现路由协议和静态路由选择的路由表，路由表记录连接到其它服务器的下一跳路径，当消息经过服务器时，服务器判断自己是否为目标地址，如果不是，则查询本地路由表，得到去目标地址的本地连接的服务器，并将消息发送过去；
步骤四：提高性能吞吐量
路由表的操作设有“读”和“写”，“读”操作频繁发生且不修改数据，“读”和“写”的同步操作保障了服务器集群的稳定性，避免出现不停得修改路由表的情况，在“读”和“写”同步操作的同时通过Java SDK提供的类提高路由服务器的性能吞吐量；
步骤五：实现锁无关算法
用CopyOnWrite实现HashMap，且不使用锁来进行“写-写”的同步，减少锁的开锁，取而代之的是使用锁无关算法实现，减少“写-写”的冲突，解决由CAS引起的Cashe一致性流量问题；
步骤六：保证线程同步安全
根据步骤五，在锁无关算法过程中，使用浅拷贝对引用进行拷贝，而不对对象进行拷贝，利用HashMap中不可修改的键和值避免产生线程安全的问题。
进一步改进在于：所述步骤一中，在软件设计上，网络路由服务器通讯组件使每个服务器连接多个服务器，并监听多个服务器，用以满足不同的网络拓扑结构。
进一步改进在于：所述步骤三中，服务器的每个路由表保持信息的一致性和准确性，且统一用JMX来进行路由表的维护管理工作，用以保证正确得进行数据包交换。
进一步改进在于：所述步骤四中，Java SDK提供的类中主要有三种解决思想，第一种是第一种自带的并发安全的ConcurrentHashMap类，第二种是在Java SDK提供的一个为频繁“读”而少“写”操作设计实现的ReentrantReadWriteLock读写锁，第三种是CopyOnWrite，也就是“写”时复制。
进一步改进在于：所述步骤五的算法实现中，在“写”操作中，记录了原数据的引用，并对原数据进行了一份拷贝，对拷贝数据进行修改后，用CAS操作将判断原数据的引用是否改变，如果没有改变，则将引用修改为拷贝数据的引用，如果改变了，则再次尝试。
进一步改进在于：所述步骤六中，HashMap中不可修改的键和值为String类，String类在Java设计中一个不可被修改的类，是由String对象池来进行管理的，用以保证线程安全的。
本发明的有益效果为：本发明使用锁无关的路由表同步算法，使线程之间在同步传递消息时不会产生顺序死锁问题，并使线程能够进行复用，减少线程创建销毁开销，在同步问题上，通过Java SDK自带的并发安全的ConcurrentHashMap类和在Java SDK提供的一个为频繁“读”而少“写”操作设计实现的ReentrantReadWriteLock读写锁来提高服务器的性能吞吐量，通过CopyOnWrite，也就是“写”时复制来减少额外的需要数据量，从而提高服务器的性能吞吐量，通过这个算法实现的一个背后的支持是Java设计有垃圾回收机制，使服务器路由表在“写”操作完成后，旧的内存数据引用值更改为新的内存数据引用值之后，最后一个“读”操作直接销毁旧的内存数据，从而保证物联网多路信号同步传递的正常进行。
附图说明
图1是本发明的网络路由服务器集群结构图；
图2是本发明的服务器路由表结构图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2所示，本实施例提供了一种物联网多路信号复用的同步策略方法，包括以下步骤：
步骤一：固定网络路由服务器结构
物联网中的路由选择算法分为静态路由选择协议和动态路由选择协议，用于检测和适应网络拓扑的变化，源地址将信息发送给目标地址所选择的路径受到服务器集群的网络连接拓扑结构决定，本***构成的小型网络采用静态路由将网络路由服务器集群结构固定为树状结构，并使用静态路由选择算法，在软件设计上，网络路由服务器通讯组件使每个服务器连接多个服务器，并监听多个服务器，用以满足不同的网络拓扑结构；
步骤二：选择服务器标示符
根据步骤一，在服务器集群构成的应用层网络连接中，连接设为两端，连接的输入端为监听端，而另一端为连接端，在服务器集群中用每个服务器的IP地址加上服务器通讯组件中监听端口号作为唯一标示符；
步骤三：服务器判定目标地址
路由服务器中建立有实现路由协议和静态路由选择的路由表，路由表记录连接到其它服务器的下一跳路径，当消息经过服务器时，服务器判断自己是否为目标地址，如果不是，则查询本地路由表，得到去目标地址的本地连接的服务器，并将消息发送过去，服务器的每个路由表保持信息的一致性和准确性，且统一用JMX来进行路由表的维护管理工作，用以保证正确得进行数据包交换；
步骤四：提高性能吞吐量
路由表的操作设有“读”和“写”，“读”操作频繁发生且不修改数据，“读”和“写”的同步操作保障了服务器集群的稳定性，避免出现不停得修改路由表的情况，在“读”和“写”同步操作的同时通过Java SDK提供的类提高路由服务器的性能吞吐量，Java SDK提供的类中主要有三种解决思想，第一种是第一种自带的并发安全的ConcurrentHashMap类，第二种是在Java SDK提供的一个为频繁“读”而少“写”操作设计实现的ReentrantReadWriteLock读写锁，第三种是CopyOnWrite，也就是“写”时复制；
步骤五：实现锁无关算法
用CopyOnWrite实现HashMap，且不使用锁来进行“写-写”的同步，减少锁的开锁，取而代之的是使用锁无关算法实现，减少“写-写”的冲突，解决由CAS引起的Cashe一致性流量问题，在“写”操作中，记录了原数据的引用，并对原数据进行了一份拷贝，对拷贝数据进行修改后，用CAS操作将判断原数据的引用是否改变，如果没有改变，则将引用修改为拷贝数据的引用，如果改变了，则再次尝试；
步骤六：保证线程同步安全
根据步骤五，在锁无关算法过程中，使用浅拷贝对引用进行拷贝，而不对对象进行拷贝，利用HashMap中不可修改的键和值避免产生线程安全的问题，HashMap中不可修改的键和值为String类，String类在Java设计中一个不可被修改的类，是由String对象池来进行管理的，用以保证线程安全的。
该物联网多路信号复用的同步策略方法使用锁无关的路由表同步算法，使线程之间在同步传递消息时不会产生顺序死锁问题，并使线程能够进行复用，减少线程创建销毁开销，在同步问题上，通过Java SDK自带的并发安全的ConcurrentHashMap类和在Java SDK提供的一个为频繁“读”而少“写”操作设计实现的ReentrantReadWriteLock读写锁来提高服务器的性能吞吐量，通过CopyOnWrite，也就是“写”时复制来减少额外的需要数据量，从而提高服务器的性能吞吐量，通过这个算法实现的一个背后的支持是Java设计有垃圾回收机制，使服务器路由表在“写”操作完成后，旧的内存数据引用值更改为新的内存数据引用值之后，最后一个“读”操作直接销毁旧的内存数据，从而保证物联网多路信号同步传递的正常进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：固定网络路由服务器结构
物联网中的路由选择算法分为静态路由选择协议和动态路由选择协议，用于检测和适应网络拓扑的变化，源地址将信息发送给目标地址所选择的路径受到服务器集群的网络连接拓扑结构决定，本***构成的小型网络采用静态路由将网络路由服务器集群结构固定为树状结构，并使用静态路由选择算法；
步骤二：选择服务器标示符
根据步骤一，在服务器集群构成的应用层网络连接中，连接设为两端，连接的输入端为监听端，而另一端为连接端，在服务器集群中用每个服务器的IP地址加上服务器通讯组件中监听端口号作为唯一标示符；
步骤三：服务器判定目标地址
路由服务器中建立有实现路由协议和静态路由选择的路由表，路由表记录连接到其它服务器的下一跳路径，当消息经过服务器时，服务器判断自己是否为目标地址，如果不是，则查询本地路由表，得到去目标地址的本地连接的服务器，并将消息发送过去；
步骤四：提高性能吞吐量
路由表的操作设有“读”和“写”，“读”操作频繁发生且不修改数据，“读”和“写”的同步操作保障了服务器集群的稳定性，避免出现不停得修改路由表的情况，在“读”和“写”同步操作的同时通过Java SDK提供的类提高路由服务器的性能吞吐量；
步骤五：实现锁无关算法
用CopyOnWrite实现HashMap，且不使用锁来进行“写-写”的同步，减少锁的开锁，取而代之的是使用锁无关算法实现，减少“写-写”的冲突，解决由CAS引起的Cashe一致性流量问题；
步骤六：保证线程同步安全
根据步骤五，在锁无关算法过程中，使用浅拷贝对引用进行拷贝，而不对对象进行拷贝，利用HashMap中不可修改的键和值避免产生线程安全的问题。
2.根据权利要求1所述的一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：所述步骤一中，在软件设计上，网络路由服务器通讯组件使每个服务器连接多个服务器，并监听多个服务器，用以满足不同的网络拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：所述步骤三中，服务器的每个路由表保持信息的一致性和准确性，且统一用JMX来进行路由表的维护管理工作，用以保证正确得进行数据包交换。
4.根据权利要求1所述的一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：所述步骤四中，Java SDK提供的类中主要有三种解决思想，第一种是第一种自带的并发安全的ConcurrentHashMap类，第二种是在Java SDK提供的一个为频繁“读”而少“写”操作设计实现的ReentrantReadWriteLock读写锁，第三种是CopyOnWrite，也就是“写”时复制。
5.根据权利要求1所述的一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：所述步骤五的算法实现中，在“写”操作中，记录了原数据的引用，并对原数据进行了一份拷贝，对拷贝数据进行修改后，用CAS操作将判断原数据的引用是否改变，如果没有改变，则将引用修改为拷贝数据的引用，如果改变了，则再次尝试。
6.根据权利要求1所述的一种物联网多路信号复用的同步策略方法，其特征在于：所述步骤六中，HashMap中不可修改的键和值为String类，String类在Java设计中一个不可被修改的类，是由String对象池来进行管理的，用以保证线程安全的。
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Denomination of invention: A Synchronization Strategy for Multiplexing Multiple Signals in the Internet of Things

Effective date of registration: 20221129

Granted publication date: 20210112

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Pengpu Sub branch

Pledgor: Shanghai Tianhao Information Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022310000352

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PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20231129

Granted publication date: 20210112

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Pengpu Sub branch

Pledgor: Shanghai Tianhao Information Technology Co.,Ltd.

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