SONET 中的 3:1 多路复用器模拟：Java 进程间通信实现

在 SONET 网络中，多个 STS-1 数据流的复用扮演着至关重要的角色，这些 STS-1 数据流被称为支流 (tributary)。一个 3:1 多路复用器将 3 个输入的 STS-1 支流复用到一个 STS-3 输出流中。复用过程按字节进行，也就是说，前 3 字节分别是支流 1、2 和 3 的第一字节，接下来的 3 字节分别是支流 1、2 和 3 的第二字节，以此类推。

本文将使用 Java 编写一个程序模拟这样的 3:1 多路复用器。该程序包含 5 个进程：

主进程：创建 4 个子进程，其中 3 个进程分别对应 3 个 STS-1 支流，第 4 个进程对应多路复用器。
支流进程 (3 个)：每个支流进程从一个输入文件中读取连续的 810 字节作为一个 STS-1 帧，并逐字节发送给多路复用器进程。
多路复用器进程：接收来自支流进程的字节，并逐字节输出到标准输出设备上。

进程之间的通信采用管道形式进行。

代码实现

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStreamReader;  
import java.io.OutputStreamWriter;  
import java.io.IOException;  
import java.io.PipedInputStream;  
import java.io.PipedOutputStream;  

public class Multiplexer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建管道
        PipedInputStream[] tributaryToMuxer = new PipedInputStream[3];  
        PipedOutputStream[] muxerToTributary = new PipedOutputStream[3];  
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            tributaryToMuxer[i] = new PipedInputStream();  
            muxerToTributary[i] = new PipedOutputStream();  
            tributaryToMuxer[i].connect(muxerToTributary[i]);  
        }

        // 创建支流进程
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Process tributaryProcess = new ProcessBuilder('java', 'Tributary', String.valueOf(i), tributaryToMuxer[i].toString(), muxerToTributary[i].toString()).start();  
        }

        // 创建多路复用器进程
        Process muxerProcess = new ProcessBuilder('java', 'Muxer', tributaryToMuxer[0].toString(), tributaryToMuxer[1].toString(), tributaryToMuxer[2].toString()).start();  

        // 等待所有进程结束
        tributaryProcess.waitFor();  
        muxerProcess.waitFor();  
    }
}

class Tributary extends Thread {

    private int tributaryId;
    private PipedOutputStream tributaryToMuxer;
    private PipedInputStream muxerToTributary;

    public Tributary(int tributaryId, PipedOutputStream tributaryToMuxer, PipedInputStream muxerToTributary) {
        this.tributaryId = tributaryId;
        this.tributaryToMuxer = tributaryToMuxer;
        this.muxerToTributary = muxerToTributary;
    }

    @Override
    public void run() {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
            BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(tributaryToMuxer));
            // 读取输入文件，并逐字节发送给多路复用器
            String line = reader.readLine();
            while (line != null) {
                for (char c : line.toCharArray()) {
                    writer.write(c);
                    writer.flush();
                }
                line = reader.readLine();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Muxer extends Thread {
    private PipedInputStream tributaryToMuxer1;
    private PipedInputStream tributaryToMuxer2;
    private PipedInputStream tributaryToMuxer3;

    public Muxer(PipedInputStream tributaryToMuxer1, PipedInputStream tributaryToMuxer2, PipedInputStream tributaryToMuxer3) {
        this.tributaryToMuxer1 = tributaryToMuxer1;
        this.tributaryToMuxer2 = tributaryToMuxer2;
        this.tributaryToMuxer3 = tributaryToMuxer3;
    }

    @Override
    public void run() {
        try (BufferedReader reader1 = new BufferedReader(new InputStreamReader(tributaryToMuxer1));  
             BufferedReader reader2 = new BufferedReader(new InputStreamReader(tributaryToMuxer2));  
             BufferedReader reader3 = new BufferedReader(new InputStreamReader(tributaryToMuxer3));  
             BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))) {
            // 从 3 个支流进程读取字节，并逐字节输出到标准输出
            int byte1, byte2, byte3;
            while ((byte1 = reader1.read()) != -1 || (byte2 = reader2.read()) != -1 || (byte3 = reader3.read()) != -1) {
                if (byte1 != -1) {
                    writer.write(byte1);
                }
                if (byte2 != -1) {
                    writer.write(byte2);
                }
                if (byte3 != -1) {
                    writer.write(byte3);
                }
                writer.flush();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行说明

将代码保存为 Multiplexer.java, Tributary.java 和 Muxer.java。
在命令行中编译代码：javac Multiplexer.java Tributary.java Muxer.java
运行程序：java Multiplexer

在运行程序之前，需要在标准输入中输入 3 个支流的数据，每个支流数据包含 810 字节。程序会将这 3 个支流的数据复用成一个输出流，并输出到标准输出。

总结

本文介绍了使用 Java 进程间通信模拟 SONET 中 3:1 多路复用器的实现方法。程序使用 5 个进程，其中 3 个进程模拟 STS-1 支流，1 个进程模拟多路复用器，通过管道进行通信，将 3 个支流的数据复用成一个输出流。该程序可以帮助理解 SONET 中的多路复用过程，并提供了一个使用 Java 实现进程间通信的例子。