SONET 中的 3:1 多路复用器：Java 进程间通信实现

多个 STS-1 数据流的复用在 SONET 中扮演了非常重要的角色，这些 STS-1 数据流称为支流 (tributary)。一个 3:1 多路复用器将 3 个输入的 STS1 支流复用到一个 STS3 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，接下去的 3 字节分别是支流 1、2 和 3 的第二字节，以此类推。编写一个程序模拟这样的 3:1 多路复用器。程序应该包含 5 个进程。主进程创建 4 个进程，其中 3 个进程分别对应 3 个 STS-1 支流，第 4 个对应多路复用器。每个支流进程从一个输入文件中读取连续的 810B 作为一个 STS-1 帧，它们将这些 (逐字节) 发送给多路复用器进程。多路复用器进程接收这些字节，然后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。写注释。用 java 实现。

由于管道通信是单向的，我们需要为每个进程创建两个管道，一个用于输入，一个用于输出。其中，支流进程从输入管道读取数据，将其复用后通过输出管道发送给多路复用器进程。多路复用器进程从三个输入管道读取数据，进行复用后将数据输出到标准输出设备上。

以下是实现代码，其中使用了 Java 的 ProcessBuilder 类来创建进程和管道：

import java.io.*;

public class Multiplexer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建三个支流进程和一个多路复用器进程
        Process[] tributaries = new Process[3];
        for (int i = 0; i < tributaries.length; i++) {
            tributaries[i] = new ProcessBuilder("java", "Tributary", "input" + (i+1)).start();
        }
        Process multiplexer = new ProcessBuilder("java", "Multiplexer").start();
        
        // 创建进程间通信的管道
        PipedInputStream[] inPipes = new PipedInputStream[3];
        PipedOutputStream[] outPipes = new PipedOutputStream[3];
        for (int i = 0; i < inPipes.length; i++) {
            inPipes[i] = new PipedInputStream();
            outPipes[i] = new PipedOutputStream();
            inPipes[i].connect(tributaries[i].getOutputStream());
            tributaries[i].setInputStream(inPipes[i]);
            multiplexer.getOutputStream().write(i+1);
            multiplexer.getOutputStream().flush();
            outPipes[i].connect(multiplexer.getInputStream());
        }
        
        // 从多路复用器进程输出数据
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(multiplexer.getInputStream()));
        String line;
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
        
        // 关闭管道和进程
        reader.close();
        for (int i = 0; i < inPipes.length; i++) {
            inPipes[i].close();
            outPipes[i].close();
            tributaries[i].destroy();
        }
        multiplexer.destroy();
    }
}

class Tributary {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 从文件中读取数据
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(args[0]);
        byte[] buffer = new byte[810];
        int bytesRead;
        while ((bytesRead = inputStream.read(buffer)) != -1) {
            // 将数据写入管道
            System.out.write(buffer);
            System.out.flush();
        }
        inputStream.close();
    }
}

class Multiplexer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 从管道中读取三个支流进程的输入管道
        PipedInputStream[] inPipes = new PipedInputStream[3];
        for (int i = 0; i < inPipes.length; i++) {
            int tributaryId = System.in.read();
            inPipes[tributaryId-1] = new PipedInputStream();
            inPipes[tributaryId-1].connect(System.in);
        }
        
        // 创建输出管道
        PipedOutputStream outPipe = new PipedOutputStream();
        outPipe.connect(System.out);
        
        // 复用数据
        byte[] buffer = new byte[3];
        while (true) {
            for (int i = 0; i < inPipes.length; i++) {
                int bytesRead = inPipes[i].read(buffer);
                if (bytesRead == -1) {
                    return;
                }
                outPipe.write(buffer, i, 1);
            }
        }
    }
}