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寫給大忙人看的死鎖全詳解

前言

計算機系統中有很多獨佔性的資源,在同一時刻只能每個資源只能由一個進程使用,我們之前經常提到過打印機,這就是一個獨佔性的資源,同一時刻不能有兩個打印機同時輸出結果,否則會引起文件系統的癱瘓。所以,操作系統具有授權一個進程單獨訪問資源的能力。

兩個進程獨佔性的訪問某個資源,從而等待另外一個資源的執行結果,會導致兩個進程都被阻塞,並且兩個進程都不會釋放各自的資源,這種情況就是 死鎖(deadlock)

死鎖可以發生在任何層面,在不同的機器之間可能會發生死鎖,在數據庫系統中也會導致死鎖,比如進程 A 對記錄 R1 加鎖,進程 B 對記錄 R2 加鎖,然後進程 A 和 B 都試圖把對象的記錄加鎖,這種情況下就會產生死鎖。

下面我們就來討論一下什麼是死鎖、死鎖的條件是什麼、死鎖如何預防、活鎖是什麼等。

首先你需要先了解一個概念,那就是資源是什麼

資源

大部分的死鎖都和資源有關,在進程對設備、文件具有獨佔性(排他性)時會產生死鎖。我們把這類需要排他性使用的對象稱為資源(resource)。資源主要分為 可搶佔資源和不可搶佔資源

可搶佔資源和不可搶佔資源

資源主要有可搶佔資源和不可搶佔資源。可搶佔資源(preemptable resource) 可以從擁有它的進程中搶佔而不會造成其他影響,內存就是一種可搶佔性資源,任何進程都能夠搶先獲得內存的使用權。

不可搶佔資源(nonpreemtable resource) 指的是除非引起錯誤或者異常,否則進程無法搶佔指定資源,這種不可搶佔的資源比如有光盤,在進程執行調度的過程中,其他進程是不能得到該資源的。

死鎖與不可搶佔資源有關,雖然搶佔式資源也會造成死鎖,不過這種情況的解決辦法通常是在進程之間重新分配資源來化解。所以,我們的重點自然就會放在了不可搶佔資源上。

下面給出了使用資源所需事件的抽象順序

如果在請求時資源不存在,請求進程就會強制等待。在某些操作系統中,當請求資源失敗時進程會自動阻塞,當自資源可以獲取時進程會自動喚醒。在另外一些操作系統中,請求資源失敗並显示錯誤代碼,然後等待進程等待一會兒再繼續重試。

請求資源失敗的進程會陷入一種請求資源、休眠、再請求資源的循環中。此類進程雖然沒有阻塞,但是處於從目的和結果考慮,這類進程和阻塞差不多,因為這類進程並沒有做任何有用的工作。

請求資源的這個過程是很依賴操作系統的。在一些系統中,一個 request 系統調用用來允許進程訪問資源。在一些系統中,操作系統對資源的認知是它是一種特殊文件,在任何同一時刻只能被一個進程打開和佔用。資源通過 open 命令進行打開。如果文件已經正在使用,那麼這個調用者會阻塞直到當前的佔用文件的進程關閉文件為止。

資源獲取

對於一些數據庫系統中的記錄這類資源來說,應該由用戶進程來對其進行管理。有一種管理方式是使用信號量(semaphore) 。這些信號量會初始化為 1 。互斥鎖也能夠起到相同的作用。

這裏說一下什麼是互斥鎖(Mutexes):

在計算機程序中,互斥對象(mutex) 是一個程序對象,它允許多個程序共享同一資源,例如文件訪問權限,但並不是同時訪問。需要鎖定資源的線程都必須在使用資源時將互斥鎖與其他線程綁定(進行加鎖)。當不再需要數據或線程結束時,互斥鎖設置為解鎖。

下面是一個偽代碼,這部分代碼說明了信號量的資源獲取、資源釋放等操作,如下所示

typedef int semaphore;
semaphore aResource;

void processA(void){
  
  down(&aResource);
	useResource();
  up(&aResource);
  
}

上面显示了一個進程資源獲取和釋放的過程,但是一般情況下會存在多個資源同時獲取鎖的情景,這樣該如何處理?如下所示

typedef int semaphore;
semaphore aResource;
semaphore bResource;

void processA(void){
  
  down(&aResource);
  down(&bResource);
	useAResource();
  useBResource();
  up(&aResource);
  up(&bResource);
  
}

對於單個進程來說,並不需要加鎖,因為不存在和這個進程的競爭條件。所以單進條件下程序能夠完好運行。

現在讓我們考慮兩個進程的情況,A 和 B ,還存在兩個資源。如下所示

typedef int semaphore;
semaphore aResource;
semaphore bResource;

void processA(void){
  
  down(&aResource);
  down(&bResource);
	useBothResource();
  up(&bResource);
  up(&aResource);
  
}

void processB(void){
  
  down(&aResource);
  down(&bResource);
	useBothResource();
  up(&bResource);
  up(&aResource);
  
}

在上述代碼中,兩個進程以相同的順序訪問資源。在這段代碼中,一個進程在另一個進程之前獲取資源,如果另外一個進程想在第一個進程釋放之前獲取資源,那麼它會由於資源的加鎖而阻塞,直到該資源可用為止。

在下面這段代碼中,有一些變化

typedef int semaphore;
semaphore aResource;
semaphore bResource;

void processA(void){
  
  down(&aResource);
  down(&bResource);
	useBothResource();
  up(&bResource);
  up(&aResource);
  
}

void processB(void){
  
  down(&bResource); // 變化的代碼 
  down(&aResource); // 變化的代碼
	useBothResource();
  up(&aResource); // 變化的代碼 
  up(&bResource); // 變化的代碼 
  
}

這種情況就不同了,可能會發生同時獲取兩個資源並有效地阻塞另一個過程,直到完成為止。也就是說,可能會發生進程 A 獲取資源 A 的同時進程 B 獲取資源 B 的情況。然後每個進程在嘗試獲取另一個資源時被阻塞。

在這裏我們會發現一個簡單的獲取資源順序的問題就會造成死鎖,所以死鎖是很容易發生的,所以下面我們就對死鎖做一個詳細的認識和介紹。

死鎖

如果要對死鎖進行一個定義的話,下面的定義比較貼切

如果一組進程中的每個進程都在等待一個事件,而這個事件只能由該組中的另一個進程觸發,這種情況會導致死鎖

簡單一點來表述一下,就是每個進程都在等待其他進程釋放資源,而其他資源也在等待每個進程釋放資源,這樣沒有進程搶先釋放自己的資源,這種情況會產生死鎖,所有進程都會無限的等待下去。

換句話說,死鎖進程結合中的每個進程都在等待另一個死鎖進程已經佔有的資源。但是由於所有進程都不能運行,它們之中任何一個資源都無法釋放資源,所以沒有一個進程可以被喚醒。這種死鎖也被稱為資源死鎖(resource deadlock)。資源死鎖是最常見的類型,但不是所有的類型,我們後面會介紹其他類型,我們先來介紹資源死鎖

資源死鎖的條件

針對我們上面的描述,資源死鎖可能出現的情況主要有

  • 互斥條件:每個資源都被分配給了一個進程或者資源是可用的
  • 保持和等待條件:已經獲取資源的進程被認為能夠獲取新的資源
  • 不可搶佔條件:分配給一個進程的資源不能強制的從其他進程搶佔資源,它只能由佔有它的進程显示釋放
  • 循環等待:死鎖發生時,系統中一定有兩個或者兩個以上的進程組成一個循環,循環中的每個進程都在等待下一個進程釋放的資源。

發生死鎖時,上面的情況必須同時會發生。如果其中任意一個條件不會成立,死鎖就不會發生。可以通過破壞其中任意一個條件來破壞死鎖,下面這些破壞條件就是我們探討的重點

死鎖模型

Holt 在 1972 年提出對死鎖進行建模,建模的標準如下:

  • 圓形表示進程
  • 方形表示資源

從資源節點到進程節點表示資源已經被進程佔用,如下圖所示

在上圖中表示當前資源 R 正在被 A 進程所佔用

由進程節點到資源節點的有向圖表示當前進程正在請求資源,並且該進程已經被阻塞,處於等待這個資源的狀態

在上圖中,表示的含義是進程 B 正在請求資源 S 。Holt 認為,死鎖的描述應該如下

這是一個死鎖的過程,進程 C 等待資源 T 的釋放,資源 T 卻已經被進程 D 佔用,進程 D 等待請求佔用資源 U ,資源 U 卻已經被線程 C 佔用,從而形成環。

總結一點:吃着碗里的看着鍋里的容易死鎖

那麼如何避免死鎖呢?我們還是通過死鎖模型來聊一聊

假設有三個進程 (A、B、C) 和三個資源(R、S、T) 。三個進程對資源的請求和釋放序列如下圖所示

操作系統可以任意選擇一個非阻塞的程序運行,所以它可以決定運行 A 直到 A 完成工作;它可以運行 B 直到 B 完成工作;最後運行 C。

這樣的順序不會導致死鎖(因為不存在對資源的競爭),但是這種情況也完全沒有并行性。進程除了在請求和釋放資源外,還要做計算和輸入/輸出的工作。當進程按照順序運行時,在等待一個 I/O 時,另一個進程不能使用 CPU。所以,嚴格按照串行的順序執行並不是最優越的。另一方面,如果沒有進程在執行任何 I/O 操作,那麼最短路徑優先作業會優於輪轉調度,所以在這種情況下串行可能是最優越的

現在我們假設進程會執行計算和 I/O 操作,所以輪詢調度是一種合理的調度算法。資源請求可能會按照下面這個順序進行

下圖是針對上面這六個步驟的資源分配圖。

這裏需要注意一個問題,為什麼從資源出來的有向圖指向了進程卻表示進程請求資源呢?筆者剛開始看也有這個疑問,但是想了一下這個意思解釋為進程佔用資源比較合適,而進程的有向圖指向資源表示進程被阻塞的意思。

在上面的第四個步驟,進程 A 正在等待資源 S;第五個步驟中,進程 B 在等待資源 T;第六個步驟中,進程 C 在等待資源 R,因此產生了環路並導致了死鎖。

然而,操作系統並沒有規定一定按照某種特定的順序來執行這些進程。遇到一個可能會引起死鎖的線程后,操作系統可以乾脆不批准請求,並把進程掛起一直到安全狀態為止。比如上圖中,如果操作系統認為有死鎖的可能,它可以選擇不把資源 S 分配給 B ,這樣 B 被掛起。這樣的話操作系統會只運行 A 和 C,那麼資源的請求和釋放就會是下面的步驟

下圖是針對上面這六個步驟的資源分配圖。

在第六步執行完成后,可以發現並沒有產生死鎖,此時就可以把資源 S 分配給 B,因為 A 進程已經執行完畢,C 進程已經拿到了它想要的資源。進程 B 可以直接獲得資源 S,也可以等待進程 C 釋放資源 T 。

有四種處理死鎖的策略:

  • 忽略死鎖帶來的影響(驚呆了)
  • 檢測死鎖並回復死鎖,死鎖發生時對其進行檢測,一旦發生死鎖后,採取行動解決問題
  • 通過仔細分配資源來避免死鎖
  • 通過破壞死鎖產生的四個條件之一來避免死鎖

下面我們分別介紹一下這四種方法

鴕鳥算法

最簡單的解決辦法就是使用鴕鳥算法(ostrich algorithm),把頭埋在沙子里,假裝問題根本沒有發生。每個人看待這個問題的反應都不同。數學家認為死鎖是不可接受的,必須通過有效的策略來防止死鎖的產生。工程師想要知道問題發生的頻次,系統因為其他原因崩潰的次數和死鎖帶來的嚴重後果。如果死鎖發生的頻次很低,而經常會由於硬件故障、編譯器錯誤等其他操作系統問題導致系統崩潰,那麼大多數工程師不會修復死鎖。

死鎖檢測和恢復

第二種技術是死鎖的檢測和恢復。這種解決方式不會嘗試去阻止死鎖的出現。相反,這種解決方案會希望死鎖盡可能的出現,在監測到死鎖出現后,對其進行恢復。下面我們就來探討一下死鎖的檢測和恢復的幾種方式

每種類型一個資源的死鎖檢測方式

每種資源類型都有一個資源是什麼意思?我們經常提到的打印機就是這樣的,資源只有打印機,但是設備都不會超過一個。

可以通過構造一張資源分配表來檢測這種錯誤,比如我們上面提到的

的算法來檢測從 P1 到 Pn 這 n 個進程中的死鎖。假設資源類型為 m,E1 代表資源類型1,E2 表示資源類型 2 ,Ei 代表資源類型 i (1 <= i <= m)。E 表示的是 現有資源向量(existing resource vector),代表每種已存在的資源總數。

現在我們就需要構造兩個數組:C 表示的是當前分配矩陣(current allocation matrix) ,R 表示的是 請求矩陣(request matrix)。Ci 表示的是 Pi 持有每一種類型資源的資源數。所以,Cij 表示 Pi 持有資源 j 的數量。Rij 表示 Pi 所需要獲得的資源 j 的數量

一般來說,已分配資源 j 的數量加起來再和所有可供使用的資源數相加 = 該類資源的總數。

死鎖的檢測就是基於向量的比較。每個進程起初都是沒有被標記過的,算法會開始對進程做標記,進程被標記后說明進程被執行了,不會進入死鎖,當算法結束時,任何沒有被標記過的進程都會被判定為死鎖進程。

上面我們探討了兩種檢測死鎖的方式,那麼現在你知道怎麼檢測后,你何時去做死鎖檢測呢?一般來說,有兩個考量標準:

  • 每當有資源請求時就去檢測,這種方式會佔用昂貴的 CPU 時間。
  • 每隔 k 分鐘檢測一次,或者當 CPU 使用率降低到某個標準下去檢測。考慮到 CPU 效率的原因,如果死鎖進程達到一定數量,就沒有多少進程可以運行,所以 CPU 會經常空閑。

從死鎖中恢復

上面我們探討了如何檢測進程死鎖,我們最終的目的肯定是想讓程序能夠正常的運行下去,所以針對檢測出來的死鎖,我們要對其進行恢復,下面我們會探討幾種死鎖的恢復方式

通過搶佔進行恢復

在某些情況下,可能會臨時將某個資源從它的持有者轉移到另一個進程。比如在不通知原進程的情況下,將某個資源從進程中強製取走給其他進程使用,使用完后又送回。這種恢復方式一般比較困難而且有些簡單粗暴,並不可取。

通過回滾進行恢復

如果系統設計者和機器操作員知道有可能發生死鎖,那麼就可以定期檢查流程。進程的檢測點意味着進程的狀態可以被寫入到文件以便後面進行恢復。檢測點不僅包含存儲映像(memory image),還包含資源狀態(resource state)。一種更有效的解決方式是不要覆蓋原有的檢測點,而是每出現一個檢測點都要把它寫入到文件中,這樣當進程執行時,就會有一系列的檢查點文件被累積起來。

為了進行恢復,要從上一個較早的檢查點上開始,這樣所需要資源的進程會回滾到上一個時間點,在這個時間點上,死鎖進程還沒有獲取所需要的資源,可以在此時對其進行資源分配。

殺死進程恢復

最簡單有效的解決方案是直接殺死一個死鎖進程。但是殺死一個進程可能照樣行不通,這時候就需要殺死別的資源進行恢復。

另外一種方式是選擇一個環外的進程作為犧牲品來釋放進程資源。

死鎖避免

我們上面討論的是如何檢測出現死鎖和如何恢復死鎖,下面我們探討幾種規避死鎖的方式

單個資源的銀行家算法

銀行家算法是 Dijkstra 在 1965 年提出的一種調度算法,它本身是一種死鎖的調度算法。它的模型是基於一個城鎮中的銀行家,銀行家向城鎮中的客戶承諾了一定數量的貸款額度。算法要做的就是判斷請求是否會進入一種不安全的狀態。如果是,就拒絕請求,如果請求后系統是安全的,就接受該請求。

比如下面的例子,銀行家一共為所有城鎮居民提供了 15 單位個貸款額度,一個單位表示 1k 美元,如下所示

城鎮居民都喜歡做生意,所以就會涉及到貸款,每個人能貸款的最大額度不一樣,在某一時刻,A/B/C/D 的貸款金額如下

上面每個人的貸款總額加起來是 13,馬上接近 15,銀行家只能給 A 和 C 進行放貸,可以拖着 B 和 D、所以,可以讓 A 和 C 首先完成,釋放貸款額度,以此來滿足其他居民的貸款。這是一種安全的狀態。

如果每個人的請求導致總額會超過甚至接近 15 ,就會處於一種不安全的狀態,如下所示

這樣,每個人還能貸款至少 2 個單位的額度,如果其中有一個人發起最大額度的貸款請求,就會使系統處於一種死鎖狀態。

這裏注意一點:不安全狀態並不一定引起死鎖,由於客戶不一定需要其最大的貸款額度,但是銀行家不敢抱着這種僥倖心理。

銀行家算法就是對每個請求進行檢查,檢查是否請求會引起不安全狀態,如果不會引起,那麼就接受該請求;如果會引起,那麼就推遲該請求。

類似的,還有多個資源的銀行家算法,讀者可以自行了解。

破壞死鎖

死鎖本質上是無法避免的,因為它需要獲得未知的資源和請求,但是死鎖是滿足四個條件后才出現的,它們分別是

  • 互斥
  • 保持和等待
  • 不可搶佔
  • 循環等待

我們分別對這四個條件進行討論,按理說破壞其中的任意一個條件就能夠破壞死鎖

破壞互斥條件

我們首先考慮的就是破壞互斥使用條件。如果資源不被一個進程獨佔,那麼死鎖肯定不會產生。如果兩個打印機同時使用一個資源會造成混亂,打印機的解決方式是使用 假脫機打印機(spooling printer) ,這項技術可以允許多個進程同時產生輸出,在這種模型中,實際請求打印機的唯一進程是打印機守護進程,也稱為後台進程。後台進程不會請求其他資源。我們可以消除打印機的死鎖。

後台進程通常被編寫為能夠輸出完整的文件后才能打印,假如兩個進程都佔用了假脫機空間的一半,而這兩個進程都沒有完成全部的輸出,就會導致死鎖。

因此,盡量做到盡可能少的進程可以請求資源。

破壞保持等待的條件

第二種方式是如果我們能阻止持有資源的進程請求其他資源,我們就能夠消除死鎖。一種實現方式是讓所有的進程開始執行前請求全部的資源。如果所需的資源可用,進程會完成資源的分配並運行到結束。如果有任何一個資源處於頻繁分配的情況,那麼沒有分配到資源的進程就會等待。

很多進程無法在執行完成前就知道到底需要多少資源,如果知道的話,就可以使用銀行家算法;還有一個問題是這樣無法合理有效利用資源

還有一種方式是進程在請求其他資源時,先釋放所佔用的資源,然後再嘗試一次獲取全部的資源。

破壞不可搶佔條件

破壞不可搶佔條件也是可以的。可以通過虛擬化的方式來避免這種情況。

破壞循環等待條件

現在就剩最後一個條件了,循環等待條件可以通過多種方法來破壞。一種方式是制定一個標準,一個進程在任何時候只能使用一種資源。如果需要另外一種資源,必須釋放當前資源。對於需要將大文件從磁帶複製到打印機的過程,此限制是不可接受的。

另一種方式是將所有的資源統一編號,如下圖所示

進程可以在任何時間提出請求,但是所有的請求都必須按照資源的順序提出。如果按照此分配規則的話,那麼資源分配之間不會出現環。

儘管通過這種方式來消除死鎖,但是編號的順序不可能讓每個進程都會接受。

其他問題

下面我們來探討一下其他問題,包括 通信死鎖、活鎖是什麼、飢餓問題和兩階段加鎖

兩階段加鎖

雖然很多情況下死鎖的避免和預防都能處理,但是效果並不好。隨着時間的推移,提出了很多優秀的算法用來處理死鎖。例如在數據庫系統中,一個經常發生的操作是請求鎖住一些記錄,然後更新所有鎖定的記錄。當同時有多個進程運行時,就會有死鎖的風險。

一種解決方式是使用 兩階段提交(two-phase locking)。顧名思義分為兩個階段,一階段是進程嘗試一次鎖定它需要的所有記錄。如果成功后,才會開始第二階段,第二階段是執行更新並釋放鎖。第一階段並不做真正有意義的工作。

如果在第一階段某個進程所需要的記錄已經被加鎖,那麼該進程會釋放所有鎖定的記錄並重新開始第一階段。從某種意義上來說,這種方法類似於預先請求所有必需的資源或者是在進行一些不可逆的操作之前請求所有的資源。

不過在一般的應用場景中,兩階段加鎖的策略並不通用。如果一個進程缺少資源就會半途中斷並重新開始的方式是不可接受的。

通信死鎖

我們上面一直討論的是資源死鎖,資源死鎖是一種死鎖類型,但並不是唯一類型,還有通信死鎖,也就是兩個或多個進程在發送消息時出現的死鎖。進程 A 給進程 B 發了一條消息,然後進程 A 阻塞直到進程 B 返迴響應。假設請求消息丟失了,那麼進程 A 在一直等着回復,進程 B 也會阻塞等待請求消息到來,這時候就產生死鎖

儘管會產生死鎖,但是這並不是一個資源死鎖,因為 A 並沒有佔據 B 的資源。事實上,通信死鎖並沒有完全可見的資源。根據死鎖的定義來說:每個進程因為等待其他進程引起的事件而產生阻塞,這就是一種死鎖。相較於最常見的通信死鎖,我們把上面這種情況稱為通信死鎖(communication deadlock)

通信死鎖不能通過調度的方式來避免,但是可以使用通信中一個非常重要的概念來避免:超時(timeout)。在通信過程中,只要一個信息被發出后,發送者就會啟動一個定時器,定時器會記錄消息的超時時間,如果超時時間到了但是消息還沒有返回,就會認為消息已經丟失並重新發送,通過這種方式,可以避免通信死鎖。

但是並非所有網絡通信發生的死鎖都是通信死鎖,也存在資源死鎖,下面就是一個典型的資源死鎖。

當一個數據包從主機進入路由器時,會被放入一個緩衝區,然後再傳輸到另外一個路由器,再到另一個,以此類推直到目的地。緩衝區都是資源並且數量有限。如下圖所示,每個路由器都有 10 個緩衝區(實際上有很多)。

假如路由器 A 的所有數據需要發送到 B ,B 的所有數據包需要發送到 D,然後 D 的所有數據包需要發送到 A 。沒有數據包可以移動,因為在另一端沒有緩衝區可用,這就是一個典型的資源死鎖。

活鎖

你會發現一個很有意思的事情,死鎖就跟榆木腦袋一樣,不會轉彎。我看過古代的一則故事:

如果說死鎖很痴情的話,那麼活鎖用一則成語來表示就是 弄巧成拙

某些情況下,當進程意識到它不能獲取所需要的下一個鎖時,就會嘗試禮貌的釋放已經獲得的鎖,然後等待非常短的時間再次嘗試獲取。可以想像一下這個場景:當兩個人在狹路相逢的時候,都想給對方讓路,相同的步調會導致雙方都無法前進。

現在假想有一對并行的進程用到了兩個資源。它們分別嘗試獲取另一個鎖失敗后,兩個進程都會釋放自己持有的鎖,再次進行嘗試,這個過程會一直進行重複。很明顯,這個過程中沒有進程阻塞,但是進程仍然不會向下執行,這種狀況我們稱之為 活鎖(livelock)

飢餓

與死鎖和活鎖的一個非常相似的問題是 飢餓(starvvation)。想象一下你什麼時候會餓?一段時間不吃東西是不是會餓?對於進程來講,最重要的就是資源,如果一段時間沒有獲得資源,那麼進程會產生飢餓,這些進程會永遠得不到服務。

我們假設打印機的分配方案是每次都會分配給最小文件的進程,那麼要打印大文件的進程會永遠得不到服務,導致進程飢餓,進程會無限制的推后,雖然它沒有阻塞。

總結

死鎖是一類通用問題,任何操作系統都會產生死鎖。當每一組進程中的每個進程都因等待由該組的其他進程所佔有的資源而導致阻塞,死鎖就發生了。這種情況會使所有的進程都處於無限等待的狀態。

死鎖的檢測和避免可以通過安全和不安全狀態來判斷,其中一個檢測方式就是銀行家算法;當然你也可以使用鴕鳥算法對死鎖置之不理,但是你肯定會遭其反噬。

也可以在設計時通過系統結構的角度來避免死鎖,這樣能夠預防死鎖;也可以破壞死鎖的四個條件來破壞死鎖。資源死鎖並不是唯一性的死鎖,還有通信間死鎖,可以設置適當的超時時間來完成。

活鎖和死鎖的問題有些相似,它們都是一種進程無法繼續向下執行的狀態。由於進程調度策略導致嘗試獲取進程的一方永遠無法獲得資源后,進程會導致飢餓的出現。

尾聲

提出一個勘誤,已反饋給出版社

關於我

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印度環境部長:解決首都空污時間 會比北京短

摘錄自2019年11月23日中央通訊社印度報導

印度環境、森林與氣候變遷部部長賈瓦德卡爾昨天(22日)在印度國會下院答詢時聲稱,空污需要大規模運動來解決,「北京花了15年的時間,我們將花費更少時間(解決空污問題)」。

印度包含新德里在內國家首都區每年冬天因農民焚燒農田殘梗、車輛排放、建築工地揚塵、6000家餐廳用炭火燒烤雞肉、窮人焚燒垃圾取暖等諸多因素,陷入嚴重空氣污染,但印度政府一直無法拿出有效解決對策。空污在今年11月更有惡化趨勢,引發民眾不滿。

賈瓦德卡爾指出,政府已針對城市制定監測空氣污染計畫,目前在全印度355個城市監測空污。此外,政府正每天展開工作以消除空污威脅,包括2018年啟用東、西部外環高速公路,且已把碳排放降低了22%;在第6期汽車廢氣排放標準(BS VI)明年4月實施後,汽車廢氣排放量將可減少80%。

他還把空污問題與氣候變遷聯繫起來,並說印度的總發電量在2030年之前,將有40%是來自可再生能源;而且印度的綠地覆蓋率不斷增加,使印度成為可達到綠地覆蓋率標準的少數國家之一,更五度在國家首都區種植更多樹木,以替代因興建地鐵而砍伐掉的樹木。

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澳洲森林大火 空污程度空前

摘錄自2019年11月22日中央通訊社澳洲報導

澳洲新南威爾斯省遍布森林野火,飄散出的煙霧使今天(22日)空污程度空前,造成就醫人數激增,並引起駕駛人視線不良等危險。

澳洲人口第一大城雪梨(Sydney)已連續4天被煙霧籠罩,罕見但一再成為世界空污最嚴重的10大城市之一。近幾天來某些時候,全球城市空氣品質監測網站Air Visual排行顯示,雪梨名列世界空污最嚴重的第8大城市,排名在雅加達及深圳之前,位居孟買之後。

隨著強風吹送林火煙霧以及因全澳3年乾旱而堆積的灰塵,波克鎮的空污比安全標準高出15倍。煙霾挾帶著來懸浮微粒污染物,形成官員所說新南威爾斯省紀錄中的最嚴重污染。這種粒子會被人體吸入血液中。

大火迄今仍在新南威爾斯省、維多利亞省(Victoria)、南澳省(South Australia)及昆士蘭省(Queensland)燃燒。澳洲總理莫里森(Scott Morrison)因為這次危機而受到壓力,批評者指稱,莫里森並未盡力處理氣候變遷的衝擊。氣象學家則指出,氣候變遷正導致野火季節的時間延長。

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違法噴灑遭禁殺蟲劑 孟山都將付3億罰款

摘錄自2019年11月22日中央通訊社美國報導

美國農業生技巨擘孟山都(Monsanto)今天(22日)同意認罪,承認在夏威夷毛伊島(Maui)的設施對研究作物違法噴灑遭禁的劇毒殺蟲劑,將支付1000萬美元(約新台幣3億532萬元)罰款。

法新社報導,孟山都在提交給檀香山聯邦地區法院的法庭文件中承認,2014年在農場谷(Valley Farm)對玉米種子等作物噴灑Penncap-M殺蟲劑,即使已知環境保護署於2013年禁用這款化學物。

審理此案的加州中區聯邦檢察官韓納(Nick Hanna)說:「此案的違法行徑對環境、周圍社區和孟山都工人構成威脅。」他說:「聯邦法律與相關規範規定,使用管制和危險化學物的每個人,都有責任確保產品是經過安全儲存、運送與使用。」

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新宿市民測定所 發表嬰幼兒奶粉輻射檢查報告

文:宋瑞文(媽媽監督核電廠聯盟特約撰述)

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比亞迪新能源車夯!2015年可望售出350億人民幣

根據中國汽車工業協會公佈的統計資料顯示,2015年1至4月份,比亞迪新能源汽車銷量已超過1.2萬輛。同時第一季,比亞迪歸屬於上市公司股東的淨利潤達1.2億元人民幣(下同),同比增幅高達910%。   按4月份單月的銷量資料來看,比亞迪乘用車總體銷量為32260輛,年減29.85%。但新能源汽車銷量為3646輛,其中秦2625輛,e6電動車890輛,騰勢131輛,實現了正向增長。   據比亞迪相關人士介紹,2015年,比亞迪還將推出包括鎖定個人消費者的插電式混合動力汽車「唐」,中型及緊湊型插電式混合動力SUV車型「宋」和「元」,以及新能源商用車「商」等。除此之外,在特種車輛方面,比亞迪也會逐步加快研發並推出應用於礦山、港口、機場及倉儲等領域的車型,以及應用於環衛、城市物流等領域的特種車輛。   而比亞迪副總裁廉玉波在出席內地電動車研討會時透露,預料今年可售出約值300億元至350億元的新能源汽車,料全年可售出約6.7萬部新車,佔公司汽車業務一半收入,並有望達到「自給自足」盈利水準。   他表示,現時比亞迪每月可售出1,000部純電動車e6,純電動巴士每月售約600部。且位於惠州的電池廠3月起投產,有利提升產能;其中較受歡迎的混能車「秦」,6月時產能將增至6,000架。而比亞迪與戴姆勒合資生意的純電動車「騰勢」,每月約售出500部,估計年底時將增至3,000至4,000部。

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Tesla 挹注擴大 F-貿聯第三季營收季增幅度大

Tesla 日前發表的儲能電池計畫,受到外界關注,法人評估,首波供應商 F-貿聯最快 8 月有機會開始交貨,明年下半年新計畫挹注逐步擴大。法人也預估,該公司本季營收季增個位數、且將挑戰單季新高,第三季起隨 Tesla 新 SUV 車款問世,6 月下旬起零件逐月放量,下季營收季增幅度將拉大,全年營收拚增兩位數。   F-貿聯與 Tesla 的往來關係深厚,早在 Tesla 還未成為全球知名的電動車大廠前,就已相互搭配,因此也成為該客戶的指標核心供應商。一直以來,貿聯較為人熟知是 Tesla 電動車電池管理系統線束的獨家供應商,此次配合與松下合資的超級電池工廠明年下半年量產,電池供應量將大增。   據了解,F-貿聯已是特斯拉除能電池系統 Powerwall 與企業用 Powerpack 計畫的首波零件供應商,供貨品項仍為電池管理系統用線。法人預期,最快 8 月有望正式交貨,雖對今年的營收貢獻不大,但更確認了貿聯在 Tesla 各項計畫共同開發的核心地位,而明年下半年超級電池工廠如果順利量產,該計畫的挹注將明顯增溫。

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如何使用ABP進行軟件開發之基礎概覽

ABP框架簡述

1)簡介

在.NET眾多的技術框架中,ABP框架(本系列中指aspnetboilerplate項目)以其獨特的魅力吸引了一群優秀開發者廣泛的使用。

在該框架的賦能之下,開發者可根據需求通過官方網站【https://aspnetboilerplate.com/Templates】選擇下載例如Vue/AngluarJS/MVC等不同類型的模板項目,輕鬆加入ABP開發者的隊伍中,盡享基於ABP開發帶來的樂趣。

ABP開發框架也提供了豐富的文檔,能夠為開發者帶來許多便捷。目前ABP的文檔網站為:

官方文檔:https://aspnetboilerplate.com/Pages/Documents

文檔庫不可謂不全,加上國內眾多的ABP開發者參与的活躍的技術圈子,使得學習成本只是在第一個項目中比較高,後期將會越來越平滑。

2)現狀

當然,目前ABP的框架開發者和社區已經把更多的精力投入到了ABP.VNEXT開發框架,這個新框架以其DDD+微服務+模塊化的理念獲得了大量擁躉,使ABP框架的開發優先級已經開始逐漸降低。

但這是因為ABP框架的功能已經成熟穩定,且ABP是一種增量式的架構設計,開發者在熟練掌握這種框架后,可以根據自己的需要進行方便的擴展,使其成為小項目架構選型中一種不錯的備選方案。

當然,也存在一些弊端。例如由於ABP被稱為.NET眾多開發框架中面向領域驅動設計的最佳實踐,而囿於領域驅動設計本身不低的門檻,使得學習的過程變得看起來非常陡峭;

除此之外,ABP也廣泛使用了目前Asp.NET/Asp.NET Core框架的大量比較新的特性,對於不少無法由於各種原因無法享受.NET技術飛速發展紅利的傳統開發者來說,無形中也提高了技術門檻。

3)綜述

在這個系列中,本文計劃分成三篇來介紹ABP框架,第一篇介紹ABP的基礎概覽,介紹基礎知識,第二篇介紹ABP的模式實踐,第三篇,試圖介紹如何從更傳統的三層甚至是單層+SQL的單層架構,如何遷移到ABP框架。

(畢竟。。.NET遺留應用實在是太多了,拯救或不拯救?)

代碼結構結構

基本文件夾簡述

當我們通過ABP模板項目的官方網站下載一個項目后,我們所獲得的代碼包的結構如下圖所示,其中:

  • vue為使用iview框架構建的管理系統基本模板,該腳手架使用了yarn作為包管理器,並集成了vuex/axios等常用框架,並提供了用戶,租戶,權限三個基本功能的示例代碼,開發者只需發揮聰明才智就能快速的通過該框架入手前端項目。
  • (當然,該項目廣泛使用了typescript+面向對象的設計,似乎前端開發者。。普遍不擅長面向對象開發?)
  • aspnet-core則是一個完整的asp.netcore項目的快速開發腳手架。該腳手架集成了docker打包於一體,並包含基本的單元測試示例,使用了identity作為權限控制單元,使用swagger作為接口文檔管理工具,集成了efcore、jwt等常用組件,對於開發者來說,基本上算是開箱即用了。

前端vue項目

打開vue文件夾之後,該項目的基本目錄如下圖所示。(src文件夾)

lib文件夾

定義了與abp+vue腳手架項目的基礎組件和常見類庫,封裝了一系列基本方法。例如權限控制,數據請求,菜單操作,SignalR等基礎組件的用法。

router文件夾

定義了vue項目的路由規則,其中index.ts文件是項目的入口,router.ts文件定義了vue文件的路由規則。

store文件夾

由於本項目使用了vuex框架,所以我們可以來看看對於store文件夾的介紹。

在vuex框架中:

每一個 Vuex 應用的核心就是 store(倉庫)。“store”基本上就是一個容器,它包含着你的應用中大部分的狀態 (state)。
Vuex 和單純的全局對象有以下兩點不同:
Vuex 的狀態存儲是響應式的。當 Vue 組件從 store 中讀取狀態的時候,若 store 中的狀態發生變化,那麼相應的組件也會相應地得到高效更新。
你不能直接改變 store 中的狀態。改變 store 中的狀態的唯一途徑就是顯式地提交 (commit) mutation。這樣使得我們可以方便地跟蹤每一個狀態的變化,從而讓我們能夠實現一些工具幫助我們更好地了解我們的應用。

即vuex框架中,將原來的請求鏈路,抽象化為狀態的變化,通過維護狀態,使得數據的管理更加便捷,也易於擴展。

views文件夾

定義了登錄、首頁、用戶、角色、租戶的基本頁面,並提供了新增、查看、編輯、刪除的代碼示例。

綜上,該項目是一個結構清晰,邏輯縝密的前端框架,可以作為常見管理系統的腳手架。

後端項目

簡介

後端項目是一個遵循了領域驅動設計的分層,同時又符合Robert Martin在《代碼整潔之道》提出的【整潔架構】。

領域驅動設計簡介

在領域驅動設計的分層設計中,共有四個功能分層,分別是:

表示層(Presentation Layer):為用戶提供接口,使用應用層實現用戶交互。

應用層(Application Layer):介於用戶層和領域層之間,協調用戶對象,完成對應的任務。

領域層(Domain Layer):包含業務對象和規則,是應用程序的心臟。

基礎設施層(Infrastructure Layer):提供高層級的通用技術功能,主要使用第三方庫完成。

在後文中,基於abp對領域驅動設計的功能分層將進行多次、詳細敘述,本小節不再贅述。

整潔架構簡介

整潔架構是由Bob大叔提出的一種架構模型,來源於《整潔架構》這本書,顧名思義,其目的並不是為了介紹這一種優秀的架構本身,而是介紹如何設計一種整潔的架構,使得代碼結構易於維護。

(整潔架構就是這樣一個洋蔥,所以也有人稱它為“洋蔥”架構)

  1. 依賴規則(Dependency Rule)

用一組同心圓來表示軟件的不同領域。一般來說,越深入代表你的軟件層次越高。外圓是戰術是實現機制(mechanisms),內圓的是核心原則(policy)。

Policy means the application logic.

Mechanism means the domain primitives.

使此體系架構能夠工作的關鍵是依賴規則。這條規則規定軟件模塊只能向內依賴,而裏面的部分對外面的模塊一無所知,也就是內部不依賴外部,而外部依賴內部。同樣,在外面圈中使用的數據格式不應被內圈中使用,特別是如果這些數據格式是由外面一圈的框架生成的。我們不希望任何外圓的東西會影響內圈層

  1. 實體 (Entities)

實體封裝的是整個企業範圍內的業務核心原則(policy),一個實體能是一個帶有方法的對象,或者是一系列數據結構和函數,只要這個實體能夠被不同的應用程序使用即可。

如果你沒有編寫企業軟件,只是編寫簡單的應用程序,這些實體就是應用的業務對象,它們封裝着最普通的高級別業務規則,你不能希望這些實體對象被一個頁面的分頁導航功能改變,也不能被安全機制改變,操作實現層面的任何改變不能影響實體層,只有業務需求改變了才可以改變實體

  1. 用例 (Use case)

在這個層的軟件包含只和應用相關的業務規則,它封裝和實現系統的所有用例,這些用例會混合各種來自實體的各種數據流程,並且指導這些實體使用企業規則來完成用例的功能目標。

我們並不期望改變這層會影響實體層. 我們也不期望這層被更外部如數據庫 UI或普通框架影響,而這也正是我們分離出這一層來的原因所在。

然而,應用層面的操作改變將會影響到這個用例層,如果需求中用例發生改變,這個層的代碼就會隨之發生改變。所以可以看到,這一層是和應用本身緊密相關的

  1. 接口適配器 (Interface Adapters)

這一層的軟件基本都是一些適配器,主要用於將用例和實體中的數據轉換為外部系統如數據庫或Web使用的數據,在這個層次,可以包含一些GUI的MVC架構,表現視圖 控制器都屬於這個層,模型Model是從控制器傳遞到用例或從用例傳遞到視圖的數據結構。

通常在這個層數據被轉換,從用例和實體使用的數據格式轉換到持久層框架使用的數據,主要是為了存儲到數據庫中,這個圈層的代碼是一點和數據庫沒有任何關係,如果數據庫是一個SQL數據庫, 這個層限制使用SQL語句以及任何和數據庫打交道的事情。

  1. 框架和驅動器

最外面一圈通常是由一些框架和工具組成,如數據庫Database, Web框架等. 通常你不必在這個層不必寫太多代碼,而是寫些膠水性質的代碼與內層進行粘結通訊。

這個層是細節所在,Web技術是細節,數據庫是細節,我們將這些實現細節放在外面以免它們對我們的業務規則造成影響傷害

ABP的分層實現

在ABP項目中,層次劃分如下。

1. 應用層(Application項目)

在領域驅動設計的分層式架構中,應用層作為應用系統的北向網關,對外提供業務外觀的功能。在Abp模板項目中,Application項目也是編寫主要用例代碼的位置,開發者們在此定義與界面有關的數據行為,實現面向接口的開發實踐。

應用服務層包含應用服務,數據傳輸單元,工作單元等對象。

  • Application Service

為面向用戶界面層實現業務邏輯代碼。例如需要為某些界面對象組裝模型,通常會定義ApplicationService,並通過DTO對象,實現與界面表現層的數據交換。

  • Data Transfer Object (DTO)

最常見的數據結構為DTO(數據傳輸對象),這是來源於馬丁弗勒在《企業架構應用模式》中提到的名詞,其主要作用為:

是一種設計模式之間傳輸數據的軟件應用系統。 數據傳輸目標往往是數據訪問對象從數據庫中檢索數據。

在ABP的設計中,有兩種不同類型的DTO,分別是用於新增、修改、刪除的Input DTO,和用於查詢的Output DTO。

  • Unit of Work:

工作單元。工作單元與事務類似,封裝了一系列原子級的數據庫操作。

2. 核心層(Core項目)

核心層包含領域實體、值對象、聚合根,以及領域上下文實現。

  • Entity(實體):

實體有別於傳統意義上大家所理解的與數據庫字段一一匹配的實體模型,在領域驅動設計中,雖然實體同樣可能持久化到數據庫,但實體包含屬性和行為兩種不同的抽象。

例如,如果有一個實體為User,其中有一個屬性為Phone,數據為086-132xxxxxxxx,我們有時需要判斷該手機號碼的國際代號,可能會添加一個新的判定 GetNationCode(),可以通過從Phone字段中取出086來實現,這就是一種通俗意義上的行為。

  • Value Object(值對象):

值對象無需持久化到數據庫,往往是從其他實體或聚合中“剝離”出來的與某些聚合具備邏輯相關性或語義相關性的對象,有時值對象甚至只有個別屬性。

例如,上述實體,包含Phone字段,我們可以將整個Phone“剝離”為一個Telephone對象,該對象可包含PhoneNumber和NationCode字段。

public class User
{
     public Telephone Phone{public get;private set;}
}
public class Telephone
{
    public string  PhoneNumber {get;set;}
     public string NationCode  {get;set;}
}
  • Aggregate & Aggregate Root(聚合,聚合根):

聚合是業務的最小工作單元,有時,一個實體就是一個小聚合,而為聚合對外提供訪問機制的對象,就是聚合根。

在領域驅動設計中,識別聚合也是一件非常重要的工作,有一組系統的方法論可以為我們提供參考。

當然,事實上識別領域對象,包括且不限定於識別聚合、值對象、實體識別該對象的行為或(方法)本身是一件需要經驗完成的工作,有時需要UML建模方法的廣泛參与。

有時,我們會習慣於通過屬性賦值完成梭代碼的過程,從而造成領域行為流失在業務邏輯層的問題,那麼或許可以採取這樣的方法:

1、對象的創建,使用構造函數賦值,或工廠方法創建。

2、將所有對於屬性的訪問級別都設置為

public string Phone{public get;private set;}

然後再通過一個綁定手機號碼的方法,來給這個對象設置手機號碼。

public string BindPhone(string phone)
{
}

將所有一切涉及到對Phone的操作,都只能通過規定的方法來賦值,這樣可以實現我們開發過程中,無意識的通過屬性賦值,可能導致的“領域行為”丟失的現象發生。
這種方式可以使得對對象某些屬性的操作,只能通過唯一的入口完成,符合單一職責原則的合理運用,如果要擴展方法,可以使用開閉原則來解決。

但是,採用這種方式,得盡量避免出現:SetPhone(string phone) 這樣的方法出現,畢竟這樣的方法,其實和直接的屬性賦值,沒有任何區別。

  • Repository(倉儲)

倉儲封裝了一系列對象數據庫操作的方法,完成對象從數據庫到對象的轉換過程。在領域驅動設計中,一個倉儲往往會負責一個聚合對象從數據庫到創建的全過程。

  • Domain Service(領域服務)

領域服務就是“實幹家”,那些不適合在領域對象中出現,又不屬於對象數據庫操作的方法,又與領域對象息息相關的方法,都可以放到領域服務中實現。

  • Specification(規格定義)

規範模式是一種特殊的軟件設計模式,通過使用布爾邏輯將業務規則鏈接在一起,可以重新組合業務規則。

實際上,它主要用於為實體或其他業務對象定義可重用的過濾器。

3. 其他基礎設施(EntityFrameworkCore,Web.Core,Web.Host項目)

EntityFrameworkCore負責定義數據庫上下文和對EFCore操作的一系列規則、例如種子數據的初始化等。

Web.Core:定義了應用程序的外觀和接口。雖然從表面上看,Web.Core定義了作為Web訪問入口的控制器方法和登錄驗證的邏輯,看起來像是用戶表現層的東西,但是仔細想想,這些東西,何嘗不是一種基礎設施?

Web.Host:定義WEB應用程序的入口。

總結

本文簡述了ABP框架的前後端項目的分層結構,通過了解這些結構,將有助於我們在後續的實戰中更快入手,為應用開發插上翅膀。

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三次握手四次揮手

一直都知道 TCP 建立連接時需要三次握手,釋放連接時需要四次揮手,也大概能說出整個過程,但是一直對其中的設計思想理解不深,停留在“只可意會,不可言傳”的階段。這次寫一篇博客嘗試將其中的思想表達出來。

 

 

 

TCP 建連三次握手

首先解釋一下每個步驟的作用:
1、a 時刻,A 準備就緒,發送 SYN 包給 B,嘗試建立連接
2、b 時刻,B 收到 A 發來的 SYN 包,知道 A 要請求建連,回 SYN ACK 包,告訴 A 自己收到了建連請求,可以建連了
3、c 時刻,A 收到了 B 的回復,知道 B 準備好了,鏈路通暢,可以發送數據了。回  ACK 告知 B 收到了 B 的回復,下面要開始發送該數據了
4、d 時刻,B 收到了 A 的回復,知道 A 接下來要發數據了。至此,AB 雙方都確認整個鏈路已經可靠了,接下來可以發送數據了。

 

為什麼要多次確認呢?為什麼不可以 A 上來就直接發送數據給 B 呢?
這裏首先要明確一點,TCP 是傳輸層的協議,是建立在物理層、數據鏈路層、網絡層之上的協議,而底層的網絡是不可靠的,可能路由出問題,可能網關出問題,可能網線出問題,A 沒法保證自己發出來的消息 B 一定能收到,所以一定要反饋機制,即 ACK,這樣才能在不可靠的網絡層智商構建可靠的傳輸層。

 

類比一下生活中的例子,可以幫助我們理解
示例1,假設我們在火車上打電話,通話質量很差,我們的通話過程可能會是下面這樣:

 

 

AB 雙方首先需要確認彼此都能挺到對方的聲音,也就是保證電話通道是可靠的,之後才會開始說正事。如果一上來就直接說正事,可能 A 說完之後 B 根本就沒有聽到。
實際打電話過程中,如果遇到了斷線的情況,雙方可能需要進行多次“握手”確認。

 

示例2,假設我們給剛認識的人第一次打電話,通話過程可能是下面這樣:

 

 

AB 雙方都要確認對方的身份,也就是保證通話是在跟自己人進行,確保電話通道是可靠的,不是跟騙子通話,然後才會開始說正事。如果一上來沒有確認身份,不能保證通道是跟自己人進行的,那直接說出重要的事,很可能就泄漏了機密。

 

總之,握手過程的最終目的就是保證雙方都準備就緒,通路是可靠的,之後就可以放心的發送重要數據了。

 

那為什麼一定是三次呢,為什麼不是兩次或者四次呢?
先來說一下為什麼不能少。
一次可以嗎?不可以。設想一下,A 對 B 說:我要給你發數據。然後不等 B 的回復,接下來就開始發數據了。這時候根本不能保證 B 已經準備好了,那 A 發出來的數據就沒法保證 B 一定能收到。聯想生活中的場景,你隔着很遠的距離向對方喊話:我要把蘋果扔給你。然後不關心對方有沒有聽到,就直接扔了,那最終的結果通常就是對方接不到蘋果,因為對方可能根本沒有收到消息。
兩次可以嗎?不可以。設想一下,A 對 B 說:我要給你發數據,然後 B 收到消息后給 A 回復:收到,A 在收到 B 的回復后開始發送數據。這時候 A 端是可以準備就緒的,但是 B 端不知道 A 端當前的狀態。因為 B 在收到 A 的消息的時候,可能已經過去了很長時間,B 在回消息的時候,A 可能已經不在線了,此時 B 是不能直接發數據的。如果 A 再給 B 回一個 ACK,B 就可以確認當前鏈路狀態了,這就變成了三次握手。

接下來說一下為什麼不是四次。既然三次已經可以保證建立可靠通信,就不需要額外的一次交互了。

 

下面是幾個生活中相關的示例:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 TCP 斷鏈四次揮手
1、a 時刻,A 向 B 發出 FIN 包,表示自己沒有數據要發送了
2、b 時刻,B 收到 FIN 包,回復 FIN ACK,表示收到了 A 的 FIN 包,不會再接收 A 的數據了
3、B 在發完 FIN ACK 后,可能還有數據要發給 A,這個數據是不能停止發送的,有數據還是需要繼續發送
4、d 時刻,B 發完了數據,也發出 FIN 包,告訴 A 自己的數據發完了,不再發送數據了
5、e 時刻,A 收到了 B 的 FIN 包,知道 B 也沒有數據要發送了,回復 FIN ACK。此時,連接可以斷開了

建連只需要交互三次,斷連卻需要四次,這是為什麼呢?其實斷開連接和建立連接還是不一樣的。建連的時候,只要雙方都告知對方自己準備好了就可以,但是斷連的時候,一方提出要斷開連接,不再發數據,另一方不能立即斷開,因為這一方可能還有數據要發送,直到數據全部發送完成后才能確認斷開。

 

下面是幾個生活中相關的示例:

 

 

 

以上是對於三次握手、四次揮手的簡單介紹,裏面沒有更詳細的狀態介紹,之後的博客會介紹,這裏先放兩張圖。
TCP 三次握手

 

 

 

TCP 四次揮手
 

 

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Postman之API測試使用全指南

Postman

Postman是一個可擴展的API開發和測試協同平台工具,可以快速集成到CI/CD管道中。旨在簡化測試和開發中的API工作流。

Postman 工具有 Chrome 擴展和獨立客戶端,推薦安裝獨立客戶端。

Postman 有個 workspace 的概念,workspace 分 personal 和 team 類型。Personal workspace 只能自己查看的 API,Team workspace 可添加成員和設置成員權限,成員之間可共同管理 API。

當然我個人使用一般是不登錄的,因為登錄之後會自動將你的測試歷史數據保存到賬戶里,你可以登陸網頁端進行查看。
因為API的很多數據是很敏感的,有的含有Token,或者就是一些私密信息,雖然Postman自己也強調說這樣很安全,不會私下窺探用戶的信息之類的,但是呢還是至少做一點有效的防範吧,自己不上傳,因為網絡並沒有絕對的安全。
所以我每次測試之後會將數據(Case)保存在本地,下次使用或者換設備的情況下將數據拷貝過來又可以繼續使用了。

下面正式開始介紹如何使用Postman吧。

為什麼選擇Postman?

如今,Postman的開發者已超過1000萬(來自官網),選擇使用Postman的原因如下:
簡單易用 – 要使用Postman,你只需登錄自己的賬戶,只要在電腦上安裝了Postman應用程序,就可以方便地隨時隨地訪問文件。
使用集合 – Postman允許用戶為他們的API調用創建集合。每個集合可以創建子文件夾和多個請求。這有助於組織測試結構。
多人協作 – 可以導入或導出集合和環境,從而方便共享文件。直接使用鏈接還可以用於共享集合。
創建環境 – 創建多個環境有助於減少測試重複(DEV/QA/STG/UAT/PROD),因為可以為不同的環境使用相同的集合。這是參數化發生的地方,將在後續介紹。
創建測試 – 測試檢查點(如驗證HTTP響應狀態是否成功)可以添加到每個API調用中,這有助於確保測試覆蓋率。
自動化測試 – 通過使用集合Runner或Newman,可以在多個迭代中運行測試,節省了重複測試的時間。
調試 – Postman控制台有助於檢查已檢索到的數據,從而易於調試測試。
持續集成——通過其支持持續集成的能力,可以維護開發實踐。

如何下載安裝Postman?

Step 1) 官網主頁:https://www.postman.com/downloads/, 下載所需版本進行安裝即可。

Step2)安裝完成之後會要求你必須登錄才能使用,沒有賬號可以進行註冊,註冊是免費的。(也可使用Google賬號,不過基本不能登錄,你懂的)

Step3)在Workspace選擇你要使用的工具並點擊“Save My Preferences”保存。

Step4)你將看到啟動后的頁面如下

如何使用Postman?

下圖是Postman的工作區間,各個模塊功能的介紹如下:

1、New,在這裏創建新的請求、集合或環境;還可以創建更高級的文檔、Mock Server 和 Monitor以及API。
2、Import,這用於導入集合或環境。有一些選項,例如從文件,文件夾導入,鏈接或粘貼原始文本。
3、Runner,可以通過Collection Runner執行自動化測試。後續介紹。
4、Open New,打開一個新的標籤,Postman窗口或Runner窗口。
5、My Workspace – 可以單獨或以團隊的形式創建新的工作區。
6、Invite – 通過邀請團隊成員在工作空間上進行協同工作。
7、History – 所有秦秋的歷史記錄,這樣可以很容易地跟蹤你所做的操作。
8、Collections – 通過創建集合來組織你的測試套件。每個集合可能有子文件夾和多個請求。請求或文件夾也可以被複制。
9、Request tab – 這將显示您正在處理的請求的標題。默認對於沒有標題的請求會显示“Untitled Request”。
10、HTTP Request – 單擊它將显示不同請求的下拉列表,例如 GET, POST, COPY, DELETE, etc. 在測試中,最常用的請求是GET和POST。
11、Request URL – 也稱為端點,显示API的URL。.
12、Save – 如果對請求進行了更改,必須單擊save,這樣新更改才不會丟失或覆蓋。
13、Params – 在這裏將編寫請求所需的參數,比如Key – Value。
14、Authorization – 為了訪問api,需要適當的授權。它可以是Username、Password、Token等形式。
15、Headers – 請求頭信息
16、Body – 請求體信息,一般在POST中才會使用到
17、Pre-request Script – 請求之前 先執行腳本,使用設置環境的預請求腳本來確保在正確的環境中運行測試。
18、Tests – 這些腳本是在請求期間執行的。進行測試非常重要,因為它設置檢查點來驗證響應狀態是否正常、檢索的數據是否符合預期以及其他測試。
19、Settings – 最新版本的有設置,一般用不到。

如何處理GET請求

Get請求用於從指定的URL獲取信息,不會對端點進行任何更改。
在這裏我們使用如下的URL作為演示:

https://jsonplaceholder.typicode.com/users	

在Postman的工作區中:
1、選擇HTTP請求方式為GET
2、在URL區域輸入 鏈接
3、點擊 “Send”按鈕
4、你將看到下方返回200狀態碼
5、在正文中應該有10個用戶結果,表明您的測試已經成功運行。

注意:在某些情況下,Get請求失敗可能由於URL無效或需要身份驗證。

如何處理POST請求

Post請求與Get請求不同,因為存在用戶向端點添加數據的數據操作。使用之前GET 請求中相同數據,現在添加我們自己的用戶。
Step 1)創建一個新請求

Step 2 )在新請求中
1、選擇HTTP請求方式為GET
2、在URL區域輸入 鏈接:https://jsonplaceholder.typicode.com/users
3、切換到Body選項

Step 3) Body選項
1、選中raw選項
2、選擇JSON

Step 4) 複製前面GET請求返回的json內容的第一節
更改id為11,更改name以及uesrname和email

[
    {
        "id": 11,
        "name": "Krishna Rungta",
        "username": "Bret",
        "email": "Sincere@april.biz
	",
        "address": {
            "street": "Kulas Light",
            "suite": "Apt. 556",
            "city": "Gwenborough",
            "zipcode": "92998-3874",
            "geo": {
                "lat": "-37.3159",
                "lng": "81.1496"
            }
        },
        "phone": "1-770-736-8031 x56442",
        "website": "hildegard.org",
        "company": {
            "name": "Romaguera-Crona",
            "catchPhrase": "Multi-layered client-server neural-net",
            "bs": "harness real-time e-markets"
        }
    }
]

注意: 檢查Body里用到的JSON格式很重要,以確保數據正確。
檢測的工具比如:https://jsonformatter.curiousconcept.com/

Step 5 )發送請求
1、完成上述的信息輸入,點擊Send按鈕
2、Status:應該是201,显示為創建成功
3、在Body里返回數據

如何將請求參數化

數據參數化是Postman最有用的特徵之一。你可以將使用到的變量進行參數化,而不是使用不同的數據創建相同的請求,這樣會事半功倍,簡潔明了。
這些數據可以來自數據文件環境變量。參數化有助於避免重複相同的測試,可用於自動化迭代測試。

參數通過使用雙花括號創建:{{sample}}
比如下面的請求:

接下來創建一個參數化get請求:
Step 1) 創建一個參數化get請求
1、將HTTP請求設置為GET
2、輸入URL: https://jsonplaceholder.typicode.com/users;將鏈接的域名部分替換為參數,例如{{url}}。請求url現在應該是{{url}}/users。
3、點擊Send按鈕。
應該沒有響應,因為我們沒有設置參數的源,如下圖:

Step 2) 使用環境設置所需的參數
1、點擊眼睛圖標
2、單擊Edit將該變量設置為可在所有集合中使用的全局環境。

Step 3) 變量–variable
1、將名稱設置為url,該url為https://jsonplaceholder.typicode.com
2、點擊保存按鈕

Step 4) 如果看到下面截圖的樣式,請單擊Close

Step 5 ) 回到你的Get請求頁面,然後單擊發送Send按鈕,Get請求應該就會返回結果了,如下圖:

注意:請確保所有的參數都有準確的源數據,不管是環境變量還是數據文件,以避免出錯。

如何創建Postman Tests

Postman Tests在請求中添加JavaScript代碼來協助驗證結果,如:成功或失敗狀態、預期結果的比較等等。
通常從pm.test開始。它可以與斷言相比較,驗證其他工具中可用的命令。
接下來創建一個包含Tests的請求:
Step 1) 創建一個Get請求
1、切換到Tests選項,右邊是代碼片段選項。
2、從右邊的代碼片段選項裏面選中 “Status code: Code is 200”
3、JS代碼就自動出現在窗口中

Step 2) 點擊發送請求按鈕。測試結果就显示出來了,如下圖:

Step 3) 回到Tests選項卡,讓我們添加另一個測試。這次我們將比較預期結果和實際結果。
在右邊的SNIPPETS區域選擇”Response body:JSON value check”選項,我們將檢查Leanne Graham是否擁有userid 1。

Step 4)
1、將代碼中的“Your Test Name”替換為“Check if user with id1 is Leanne Graham”,以便測試名稱確切描述我們想測試的內容。
2、使用jsonData[0].name代替jsonData.value; 獲取路徑,在獲取結果之前檢查Body。因為Leanne Graham是userid 1,所以jsonData在第一個結果中,這個結果應該從0開始。如果你想獲得第二個結果,那麼對後續結果使用jsonData[1] 即可。
3、在eql中,輸入“Leanne Graham”

pm.test("Check if user with id1 is Leanne Graham", function () {
    var jsonData = pm.response.json();
    pm.expect(jsonData[0].name).to.eql("Leanne Graham");
});

Step 5) 點擊發送請求,可以看到你的請求之後測試結果中有兩項显示測試通過。

注意:
有不同種類的測試可以在Postman中創建。嘗試探索這個工具,看看哪些測試適合你實際測試。

如何創建測試集合

集合在組織測試套件中扮演着重要的角色。它可以被導入和導出,使得在團隊之間共享集合變得很容易。在本教程中,我們將學習如何創建和執行集合。

Step 1) 單擊頁面左上角的New按鈕,如下圖:

Step 2) 選擇Collection(集合). 創建collection窗口彈出,如下圖.

Step 3) 輸入所需的集合名稱和描述,然後單擊create。
現在已經創建了一個集合。

Step 4 ) 和前面的Get請求一樣,點擊保存。

Step5 )
1、選擇Postman 測試集合(Test Collection)。
2、點擊保存Postman Test Collection

Step 6) Postman test collection現在應該包含了一個請求,如下圖:

Step 7) 重複上述的Step4-5,繼續創建請求,這樣,測試集合就應該有2個請求了,如下圖。

如何使用Collection Runner 運行集合

有兩種方式來運行一個集合,即Collection Runner和Newman。
Collection Runner:
Step 1) 單擊頁面頂部導入按鈕旁邊的Runner按鈕,如下圖。

Step 2)Collection Runner頁面應該出現如下所示。以下是對各個字段的描述

Step 3) 做如下設置,運行你的測試集合

  • 選擇Postman測試集合-集合迭代次數為3
  • 設置延遲為2500毫秒
  • 點擊Start Run按鈕

    Step 4) 單擊Run按鈕后將显示Run結果頁。根據延遲的不同,你應該在測試執行的同時看到显示的結果。

1、一旦測試完成,你就可以看到測試狀態是通過還是失敗,以及每個迭代的結果。
2、你將看到Get請求的Pass狀態;
3、由於我們沒有任何Post測試,所以應該會出現請求沒有任何測試的消息。

可以出在請求中進行測試是多麼重要,這樣你就可以驗證HTTP請求狀態是否成功,以及是否創建或檢索了數據。

如何使用Newman運行集合

運行集合的另一種方式是通過Newman。Newman和Collection Runner之間的主要區別如下:
1、Newman是Postman的替代品,所以需要單獨安裝Newman;
2、Newman使用命令行,而Collection Runner使用UI界面;
3、Newman可以用於持續集成。

安裝Newman並運行Collection,步驟如下:
Step 1) 下載並安裝NodeJs: http://nodejs.org/download/
Step 2) 打開命令行窗口並輸入下面命令:

npm install -g newman

安裝后 如下圖:

Step 3 )
Newman安裝好之後,讓我們回到Postman的workspace。在Collections框中,單擊三個點 會出現新的選擇選項,可看到Export選項,如下圖:

Step 4 )
選擇導出集合,默認使用推薦的集合版本,比如此處是v2.1,然後單擊導出:

Step 5 ) 選擇你想要保存的地址之後點擊保存,這裏建議專門新建一個文件夾來存放你的Postman tests。
Step 6 ) 另外還需要導出我們的環境(enviroment)。單擊全局環境下拉菜單旁邊的eye圖標,選擇JSON格式下載。選擇你想要的位置,然後單擊Save。最好將環境放在與Step5 導出的集合相同的文件夾中。

Step 7 ) 導出Environment 到集合文件夾后,現在回到命令行,將目錄更改為保存集合和環境的位置。

cd C:\Users\Asus\Desktop\Postman Tests

Step 8 ) 使用下面的命令運行你的測試集合:

newman run PostmanTestCollection.postman_collection.json -e Testing.postman_globals.json

運行的結果應該如下圖:

關於Newman的一些基礎指導如下:
1、只運行集合(如果沒有環境或測試數據文件依賴關係,則可以使用此選項。)

newman run <collection name> 

2、運行集合和環境(參數-e 是environment)

newman run <collection name> -e <environment name> 

3、使用所需的編號運行集合的迭代。

newman run <collection name> -n <no.of iterations>

4、運行數據文件

newman run <collection name> --data <file name>  -n <no.of iterations> -e <environment name> 

5、設置延遲時間。(這一點很重要,因為如果由於請求在後台服務器上,完成前一個請求時沒有延遲時間直接啟動下一個請求,測試可能會失敗。)

newman run <collection name> -d <delay time>

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