网络安全导论 实验15B IPFS文件系统与数据库访问的并发控制

实验15BIPFS文件系统与数据库访问的并发控制一、实验目的熟悉IPFS和Libp2p协议，掌握如何通过IPFS上传和查找文件。深入理数据库系统中提供的安全存储机制。深化对事务ACID属性的理解。能够利用synchronized、ThreadLocal、wait()和notify()进行并发控制。实验准备1.IPFS与Libp2p星际文件系统(InterPlanetaryFileSystem).IPFS是一个点到点超媒体协议，其目标是取代传统的互联网协议HTTP。IPFS网络有如下特点：（1）互联网信息永久存储，不会发生404错误。IPFS可以存储任何类型的文件。即使某一个节点把文件删除了，只要存储文件的网络依然存在，那么该网页就可以被正常访问。(2)解决资源冗余问题。IPFS会把存储文件，做一次哈希计算，只有文件内容相同，它们的哈希才一样。因此，在IPFS网络上极大地减少资源冗余的问题，提高网络空间的利用率。(3)基于内容寻址。IPFS的网络上运行着一条区块链，即用来存储互联网文件的哈希值表。一个文件上传到IPFS的网络中，IPFS系统就会对文件内容生成一个唯一的哈希值。如果要访问资源，直接通过该哈希值进行访问。Libp2p汇集了各种传输和点对点协议，使开发人员可以轻松构建大型，强大的p2p网络。Libp2p被用作IPFS的网络层，主要负责发现节点、连接节点、发现数据、传输数据。2.多个事务的执行方式（1）事务串行执行：事务一个接一个的运行,每个时刻只有一个事务运行。（2）交叉并发方式：在单处理机系统中，并行事务并行操作轮流交叉运行。（3）同时并发方式：在多处理机系统中，每个处理机可以运行一个事务，多个处理机可以同时运行多个事务，实现多个事务真正的并行运行。3.并发控制并发控制目的进行正确调度、保证事务的隔离性和数据库的一致性。在并发控制方面，Java语言除了使用同步关键字synchronized外，还有内部锁、重入锁、读写锁和信号量等。三、实验内容1、下载并安装ipfsipfs在内网下载不了，需要VPN进入ipfs官网，官网网址：https://ipfs.io/。2、在两台联网的机器尚运行IPFS，在一台机器上上传一个文件，在另一个机器上找到该文件。下载ipfsipfs在内网下载不了，需要VPN进入ipfs官网，官网网址：https://ipfs.io/，下载之后解压到指定的文件夹。安装ipfs首先要配置环境变量，在path中加入ipfs路径然后打开cmd，进入ipfs目录，查看ipfs信息初始化ipfs网络环境在dos中输入命令ipfsinit初始化ipfs网络环境查看id初始化之后，系统会分配一个属于你自己的id。也就是IPFS网络哈希值(类似你在IPFS网络中的身份证id)。通过这个id，别人就可以访问到你的节点。在dos中输入命令ipfsid查看id至此，一个IPFS节点已搭建完毕。运行IPFS在dos中输入ipfsdaemon命令，启动ipfs服务监听用于监听ipfs网络通信数据，使用的监听端口是5001Ctrl+C退出测试上传文件3.1在ipfs当前同级目录下新建一个txt文件1.txt，在1.txt随意添加内容,保存。然后在dos中输入命令ipfsadd1.txt，3.2用dos命令查看文件内容（关闭ipfs服务监听）在dos上输入命令ipfscat（上面的哈希值），就可看到刚才的文件。3.3在ipfs可视化界面里查看文件内容首先要开启ipfs服务监听，然后在监听界面中找到相应的网址，复制该网址到浏览器中就打开了ipfs可视化界面。输入我们刚才上传的文件1.txt的哈希值，点击浏览就可看到文件的内容。ipfs可视化上传文件点击文件，点击+导入文件，上传成功，查看文件的CID，也就是此文件的哈希值。3.5不同电脑的文件传输在另一个ipfs中输入复制的CID，就可收到对应的文件。3、通过调试下面的程序，体会在多线程的环境中，在不进行并发控制的情况下，使用单个connection会引起事务的混乱.（1）获取connection工具类:packagejdbcPool.util;importjava.sql.Connection;importjava.sql.DriverManager;importjava.sql.SQLException;publicclassConnectorUtil{publicstaticfinalStringuser="root";publicstaticfinalStringpwd="123456";publicstaticfinalStringdriver="com.mysql.jdbc.Driver";publicstaticfinalStringurl="jdbc:mysql://localhost:3306/test";privatestaticConnectionconn;privatestaticintconnectCount=0;static{try{Class.forName(driver);}catch(ClassNotFoundExceptione){System.out.println("找不到数据库驱动..");e.printStackTrace();}}/***获取数据库连接实例*/publicsynchronizedstaticConnectiongetInstance(){if(conn==null){try{conn=DriverManager.getConnection(url,user,pwd);conn.setAutoCommit(false);//设置为不自动提交。。。connectCount++;System.out.println("连接数据库次数:"+connectCount);}catch(SQLExceptione){System.out.println("连接数据库失败....");e.printStackTrace();}}returnconn;}}（2）业务接口实现类:packagejdbcPool.business;importjava.sql.Connection;importjava.sql.SQLException;importjava.sql.Statement;importjdbcPool.util.ConnectorUtil;publicclassStudentService{privateConnectionconn;privatestaticStudentServicestudentService;privateStudentService(){conn=ConnectorUtil.getInstance();}publicstaticsynchronizedStudentServicegetInstance(){if(studentService==null){studentService=newStudentService();}returnstudentService;}publicvoidinsert(Stringid,Stringname,Stringno)throwsException{StringaddStr="insertintostudent(id,name,no)values('"+id+"','"+name+"','"+no+"')";Statementstatement=null;try{statement=conn.createStatement();statement.execute(addStr);if("1350".equals(id)){//模仿某个线程执行service某个方法中某个步骤出现异常Thread.sleep(3000);//模仿当前线程执行时间较长。。。。。System.out.println("发生异常。。。。。");System.out.println("记录"+id+"插入失败。。。。");conn.rollback();//出现异常事务回滚。。。thrownewException();}else{mit();System.out.println("记录"+id+"插入成功。。。。");}}catch(SQLExceptione){System.out.println("创建statement失败");e.printStackTrace();}finally{if(statement!=null){try{statement.close();}catch(SQLExceptione){e.printStackTrace();}}}}}（3）模拟用户请求的线程类:packagejdbcPool.thread;importjdbcPool.business.StudentService;publicclassRequestimplementsRunnable{privateStringid;publicRequest(Stringid){this.id=id;}@Overridepublicvoidrun(){//模仿service的单例模式try{StudentService.getInstance().insert(this.id,"name"+id,"no"+id);}catch(Exceptione){e.printStackTrace();}}}（4）测试类:packagejdbcPool.test;importjdbcPool.thread.Request;publicclassMain{//200个线程并发访问同一个connectionpublicstaticvoidmain(String[]args){for(inti=1300;i<1500;i++){Threadth=newThread(newRequest(String.valueOf(i)));th.start();}}}4、利用通信原语wait()和notify()共同控制线程，完成如下任务：thread1向数据库中添加记录，thread2从数据库中取出一条记录并更新标志位visited。当数据库中的所有记录都被访问过时,等待新的记录的添加。四、实验报告1.通过实验完成下列问题（1）给出实验3的结果和4对应的程序。实验3ConnectorUtil.javaStudentService.javaRequest.javaMain.java实验3运行结果如下：实验4Data.javaDataAdd.javaDataVisit.javaMain.java实验4运行结果如下：（2）如何对实验1中的代码进行改进，从而实现并发控制？2．问答题（1）描述java的并发控制机制。Java的并发控制使用场景是在多线程处理过程当中，如何实现线程之间数据处理的同步。并行程序开发涉及多线程、多任务的协作和数据共享等问题。在JDK中提供了多种途径实现多线程间的并发控制，例如常用的有内部锁、重入锁、读写锁和信号量。在java中，每个线程有一块工作内存区，其中存放着被所有线程共享的主内存中的变量的值得拷贝，当线程执行时，它在自己的工作内存中操作这些变量。当一个线程使用某一个变量时，不论程序是否正确地使用线程同步操作，它获取的值一定是由它本身或者其他线程存储到变量中的值。一个变量时Java程序可以存取的一个地址，它不仅包括基本类型变量、引用类型变量，而且还包括数组类型变量。保存在主内存区的变量可以被所有线程共享，但是一个线程存取另一个线程的参数或者局部变量时不可能的，所以开发人员不必担心局部变量的线程安全问题。（2）SQLserver提供了哪些并发控制机制？事务和锁是并发控制的主要机制，SQLServer通过支持事务机制来管理多个事务，保证数据的一致性，并使用事务日志保证修改的完整性和可恢复性。SQLServer遵从三级封锁协议，从而有效地控制并发操作可能产生的丢失更新、读“脏”数据、不可重复读等错误。SQLServer具有多种不同粒度的锁，允许事务锁定不同的资源，并能自动使用与任务相对应的等级锁来锁定资源对象，以使锁的成本最小化。SQLServer的事务分为两种类型：系统提供的事务和用户定义的事务。系统提供的事务是指在执行某些语句时，一条语句就是一个事务，它的数据对象可能是一个或多个表，可能是表中的一行数据或多行数据；用户定义的事务以BEGINTRANSACTION语句开始，以COMMIT或者ROLLBACK结束。对于用户定义的分布式