3:1 多路复用器模拟程序：SONET 中的 STS-1 数据流复用

SONET 中的复用是按字节进行的，因此在实现 3:1 多路复用器时，需要考虑每个字节的顺序和来源。每个支流进程需要按照字节顺序将数据发送给多路复用器进程，而多路复用器进程需要按照支流的顺序将字节输出到标准输出设备上。

这个程序模拟了一个 3:1 多路复用器，它将三个输入的 STS-1 支流复用到一个 STS-3 输出流中。程序包含 5 个进程：

主进程 (Main) 负责创建和启动其他进程，并将它们连接到管道中。
支流进程 (Tributary) 从输入文件中读取数据，然后将数据逐字节发送到多路复用器进程。
多路复用器进程 (Multiplexer) 从三个支流进程中接收数据，并将数据逐字节输出到标准输出设备上。
管道输入 (PipeInput) 从管道中读取数据，并将数据逐字节输出到标准输出设备上。
管道输出 (PipeOutput) 将数据写入管道中。

代码实现

Main.java

import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建管道
        PipedOutputStream tributary1Output = new PipedOutputStream();
        PipedInputStream tributary1Input = new PipedInputStream(tributary1Output);
        PipedOutputStream tributary2Output = new PipedOutputStream();
        PipedInputStream tributary2Input = new PipedInputStream(tributary2Output);
        PipedOutputStream tributary3Output = new PipedOutputStream();
        PipedInputStream tributary3Input = new PipedInputStream(tributary3Output);
        PipedOutputStream multiplexerOutput = new PipedOutputStream();
        PipedInputStream multiplexerInput = new PipedInputStream(multiplexerOutput);

        // 创建进程
        Tributary tributary1 = new Tributary('tributary1', 'input1.txt', tributary1Output);
        Tributary tributary2 = new Tributary('tributary2', 'input2.txt', tributary2Output);
        Tributary tributary3 = new Tributary('tributary3', 'input3.txt', tributary3Output);
        Multiplexer multiplexer = new Multiplexer('multiplexer', tributary1Input, tributary2Input, tributary3Input, multiplexerOutput);
        PipeInput pipeInput = new PipeInput('pipeInput', multiplexerInput);
        PipeOutput pipeOutput = new PipeOutput('pipeOutput', multiplexerInput);

        // 启动进程
        tributary1.start();
        tributary2.start();
        tributary3.start();
        multiplexer.start();
        pipeInput.start();
        pipeOutput.start();
    }
}

Tributary.java

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public class Tributary extends Thread {
    private String name;
    private String fileName;
    private OutputStream output;

    public Tributary(String name, String fileName, OutputStream output) {
        this.name = name;
        this.fileName = fileName;
        this.output = output;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            FileInputStream input = new FileInputStream(fileName);
            byte[] buffer = new byte[810];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = input.read(buffer)) != -1) {
                for (int i = 0; i < bytesRead; i++) {
                    output.write(buffer[i]);
                }
            }
            input.close();
            output.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Multiplexer.java

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class Multiplexer extends Thread {
    private String name;
    private InputStream tributary1Input;
    private InputStream tributary2Input;
    private InputStream tributary3Input;
    private OutputStream output;

    public Multiplexer(String name, InputStream tributary1Input, InputStream tributary2Input, InputStream tributary3Input, OutputStream output) {
        this.name = name;
        this.tributary1Input = tributary1Input;
        this.tributary2Input = tributary2Input;
        this.tributary3Input = tributary3Input;
        this.output = output;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            byte[] buffer1 = new byte[1];
            byte[] buffer2 = new byte[1];
            byte[] buffer3 = new byte[1];
            while (true) {
                if (tributary1Input.read(buffer1) != -1) {
                    output.write(buffer1[0]);
                }
                if (tributary2Input.read(buffer2) != -1) {
                    output.write(buffer2[0]);
                }
                if (tributary3Input.read(buffer3) != -1) {
                    output.write(buffer3[0]);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

PipeInput.java

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class PipeInput extends Thread {
    private String name;
    private InputStream input;

    public PipeInput(String name, InputStream input) {
        this.name = name;
        this.input = input;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            byte[] buffer = new byte[1];
            while (input.read(buffer) != -1) {
                System.out.write(buffer[0]);
            }
            input.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

PipeOutput.java

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public class PipeOutput extends Thread {
    private String name;
    private OutputStream output;

    public PipeOutput(String name, OutputStream output) {
        this.name = name;
        this.output = output;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            byte[] buffer = new byte[1];
            while (System.in.read(buffer) != -1) {
                output.write(buffer[0]);
            }
            output.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行程序

将代码保存为 .java 文件。
编译代码：javac *.java
运行程序：java Main

程序将从三个输入文件 (input1.txt, input2.txt, input3.txt) 中读取数据，并将其复用到一个输出流中。输出流的内容将显示在控制台中。

注意事项

输入文件需要存在，并且包含要复用的数据。
程序假设每个支流进程发送的数据块大小为 810 字节。
程序使用管道进行进程间通信，因此需要确保操作系统支持管道。

扩展

可以增加更多的支流进程来模拟更复杂的复用场景。
可以修改代码以支持不同的数据块大小。
可以将输出流写入到文件而不是标准输出设备。
可以使用 GUI 工具来可视化数据流的复用过程。