阻塞队列实现生产者消费者模式

男娘i 2022-07-13 15:09 189阅读 0赞

生产者消费者模式是并发、多线程编程中经典的 [设计模式][Link 1]，生产者和消费者通过分离的执行工作解耦，简化了开发模式，生产者和消费者可以以不同的速度生产和消费数据。这篇文章我们来看看什么是生产者消费者模式，这个问题也是多线程面试题中经常被提及的。如何使用阻塞队列（Blocking Queue）解决生产者消费者模式，以及使用生产者消费者模式的好处。

**真实世界中的生产者消费者模式**

生产者和消费者模式在生活当中随处可见，它描述的是协调与协作的关系。比如一个人正在准备食物（生产者），而另一个人正在吃（消费者），他们使用一个共用的桌子用于放置盘子和取走盘子，生产者准备食物，如果桌子上已经满了就等待，消费者（那个吃的）等待如果桌子空了的话。这里桌子就是一个共享的对象。在Java Executor框架自身实现了生产者消费者模式它们分别负责添加和执行任务。

**生产者消费者模式的好处**

它的确是一种实用的设计模式，常用于编写多线程或并发代码。下面是它的一些优点：

1.  它简化的开发，你可以独立地或并发的编写消费者和生产者，它仅仅只需知道共享对象是谁
2.  生产者不需要知道谁是消费者或者有多少消费者，对消费者来说也是一样
3.  生产者和消费者可以以不同的速度执行
4.  分离的消费者和生产者在功能上能写出更简洁、可读、易维护的代码

**多线程中的生产者消费者问题**

生产者消费者问题是一个流行的面试题，面试官会要求你实现生产者消费者设计模式，以至于能让生产者应等待如果队列或篮子满了的话，消费者等待如果队列或者篮子是空的。这个问题可以用不同的方式来现实，经典的方法是使用wait和notify方法在生产者和消费者线程中合作，在队列满了或者队列是空的条件下阻塞，Java5的阻塞队列（BlockingQueue）数据结构更简单，因为它隐含的提供了这些控制，现在你不需要使用wait和nofity在生产者和消费者之间通信了，阻塞队列的put()方法将阻塞如果队列满了，队列take()方法将阻塞如果队列是空的。在下部分我们可以看到代码例子。

**使用阻塞队列实现生产者消费者模式**

阻塞队列实现生产者消费者模式超级简单，它提供开箱即用支持阻塞的方法put()和take()，开发者不需要写困惑的wait-nofity代码去实现通信。BlockingQueue 一个接口，Java5提供了不同的现实，如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue，两者都是先进先出（FIFO）顺序。而ArrayLinkedQueue是自然有界的，LinkedBlockingQueue可选的边界。下面这是一个完整的生产者消费者代码例子，对比传统的wait、nofity代码，它更易于理解。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    import java.util.logging.Level;
    import java.util.logging.Logger;
    
    public class ProducerConsumerPattern {
    
    public static void main(String args[]){
    
    //Creating shared object
    BlockingQueue sharedQueue = new LinkedBlockingQueue();
    
    //Creating Producer and Consumer Thread
    Thread prodThread = new Thread(new Producer(sharedQueue));
    Thread consThread = new Thread(new Consumer(sharedQueue));
    
    //Starting producer and Consumer thread
    prodThread.start();
    consThread.start();
    }
    
    }
    
    //Producer Class in java
    class Producer implements Runnable {
    
    private final BlockingQueue sharedQueue;
    
    public Producer(BlockingQueue sharedQueue) {
    this.sharedQueue = sharedQueue;
    }
    
    @Override
    public void run() {
    for(int i=0; i<10; i++){
    try {
    System.out.println("Produced: " + i);
    sharedQueue.put(i);
    } catch (InterruptedException ex) {
    Logger.getLogger(Producer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
    }
    }
    }
    
    }
    
    //Consumer Class in Java
    class Consumer implements Runnable{
    
    private final BlockingQueue sharedQueue;
    
    public Consumer (BlockingQueue sharedQueue) {
    this.sharedQueue = sharedQueue;
    }
    
    @Override
    public void run() {
    while(true){
    try {
    System.out.println("Consumed: "+ sharedQueue.take());
    } catch (InterruptedException ex) {
    Logger.getLogger(Consumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
    }
    }
    }
    
    }
    
    Output:
    Produced: 0
    Produced: 1
    Consumed: 0
    Produced: 2
    Consumed: 1
    Produced: 3
    Consumed: 2
    Produced: 4
    Consumed: 3
    Produced: 5
    Consumed: 4
    Produced: 6
    Consumed: 5
    Produced: 7
    Consumed: 6
    Produced: 8
    Consumed: 7
    Produced: 9
    Consumed: 8
    Consumed: 9

你可以看到生产者线程生产数和消费者线程消费它以FIFO的顺序，因为阻塞队列只允许元素以FIFO的方式来访问。以上就是使用阻塞队列解决生产者消费者问题的全部，我确信它比wait/notify更简单

[Link 1]: http://www.amazon.cn/gp/product/B001130JN8/ref=as_li_qf_sp_asin_il_tl?ie=UTF8&tag=importnew-23&linkCode=as2&camp=536&creative=3200&creativeASIN=B001130JN8