一篇文章带你搞定高并发程序中的生产者-消费者模式

￡神魔★判官ぃ 2023-01-08 08:25 147阅读 0赞

生产者-消费者模式是一个经典的多线程设计模式，它为多线程间的协作提供了良好的解决方案。在生产者-消费者模式中，通常有两类线程，即若干个生产者线程和若干个消费者线程。生产者线程负责提交用户请求，消费者线程则负责具体处理生产者提交的任务。生产者和消费者之间则通过共享内存缓冲区进行通信。

图 5.1 展示了生产者-消费者模式的基本结构。三个生产者线程将任务提交到共享内存缓冲区，消费者线程并不直接与生产者线程通信，而是在共享内存缓冲区中获取任务，并进行处理

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注意：生产者-消费者模式中的内存缓冲区的主要功能是数据在多线程间的共享，此外，通过该缓冲区，可以缓解生产者和消费者间的性能差

生产者-消费者模式的核心组件是共享内存缓冲区，它作为生产者和消费者间的通信桥梁，避免了生产者和消费者直接通信，从而将生产者和消费者进行解耦。生产者不需要知道消费者的存在，消费者也不需要知道生产者的存在

同时，由于内存缓冲区的存在，允许生产者和消费者在执行速度上存在时间差，无论是生产者在某一局部时间内的速度高于消费者的速度，还是消费者在局部时间内的速度高于生产者的速度，都可以通过共享内存缓冲区得到缓解，确保系统正常运行。

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其中，`BlockigQueue`充当了共享内存缓冲区，用于维护任务或数据队列（PCData对象）。PCData对象表示一个生产任务，或者相关任务的数据。生产者对象和消费者对象均引用同一个BlockigQueue实例。生产者负责创建PCData对象，并将它加入BlockigQueue队列中，消费者则从BlockigQueue队列中获取PCData对象。

[BlockingQueue 参考][BlockingQueue]

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基于图5.2的结构，实现一个基于生产者-消费者模式的求整数平方的并行程序。

首先，生产者线程的实现如下，它构建PCData对象，并放入BlockingQueue队列中。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmh1YWliZWlhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
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对应的消费者的实现如下。它从BlockingQueue队列中取出PCData对象，并进行相应的计算。

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在主函数中，创建三个生产者和三个消费者，并让它们协作运行。在主函数的实现中，定义`LinkedBlockingQueue`作为`BlockingQueue`队列的实现类。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmh1YWliZWlhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
注意：生产者-消费者模式很好地对生产者线程和消费者线程进行解耦，优化了系统整体结构。同时，由于缓冲区的作用，允许生产者线程和消费者线程存在执行上的性能差异，从一定程度上缓解了性能瓶颈对系统性能的影响。

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[BlockingQueue]: https://blog.csdn.net/nanhuaibeian/article/details/112340686
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