生產(chǎn)消費(fèi)者模式實(shí)現(xiàn)方式和線程安全問題代碼示例

生產(chǎn)者消費(fèi)者模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式

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拿我們生活中的例子來說，工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品總是要輸出到外面使用的，這就是生產(chǎn)與消費(fèi)的概念。

在我們實(shí)際的軟件開發(fā)過程中，經(jīng)常會(huì)碰到如下場景：某個(gè)模塊負(fù)責(zé)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由另一個(gè)模塊來負(fù)責(zé)處理(此處的模塊是廣義的，可以是類、函數(shù)、線程、進(jìn)程等)。

產(chǎn)生數(shù)據(jù)的模塊，就形象地稱為生產(chǎn)者;而處理數(shù)據(jù)的模塊，就稱為消費(fèi)者。

第一種:采用wait—notify實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模式

1. 一生產(chǎn)者與一消費(fèi)者：

2. 一生產(chǎn)者與多消費(fèi)者：

第二種: 采用阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模式

3. 使用阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模式

相信大家都有去吃過日本料理。有個(gè)很誘人的餐食就是烤肉，烤肉師父會(huì)站在一邊一直烤肉，再將烤好的肉放在一個(gè)盤子中;而流著口水的我們這些食客會(huì)坐在一邊，只要盤子里有肉我們就會(huì)一直去吃。

在這個(gè)生活案例中，烤肉師父就是生產(chǎn)者，他就負(fù)責(zé)烤肉，烤完了就把肉放在盤子里，而不是直接遞給食客(即不用通知食客去吃肉)，如果盤子肉滿，師父就會(huì)停一會(huì)，直到有人去食用烤肉后再去進(jìn)行生產(chǎn)肉;而食客的我們就只是盯著盤子，一旦盤子有肉我們就負(fù)責(zé)去吃就行;

整個(gè)過程中食客與烤肉師父都不是直接打交道的，而是都與盤子進(jìn)行交互。

盤子充當(dāng)了一個(gè)緩沖區(qū)的概念，有東西生產(chǎn)出來就把東西放進(jìn)去，盤子也是有大小限制，超過盤子大小就會(huì)阻塞生產(chǎn)者生產(chǎn)，等待消費(fèi)者去消費(fèi);當(dāng)盤子為空的時(shí)候 ，即阻塞消費(fèi)者消費(fèi)，等待生產(chǎn)者去生產(chǎn)。

編程中阻塞隊(duì)列即可以實(shí)現(xiàn)盤子這個(gè)功能。

阻塞隊(duì)列的特點(diǎn)：

當(dāng)隊(duì)列元素已滿的時(shí)候，阻塞插入操作;

當(dāng)隊(duì)列元素為空的時(shí)候，阻塞獲取操作。

ArrayBlockingQueue 與 LinkedBlockingQueue都是支持FIFO(先進(jìn)先出)，但是LinkedBlockingQueue是無界的，而ArrayBlockingQueue 是有界的。

下面使用阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者：

生產(chǎn)者：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class Producer implements Runnable{
	private final BlockingQueue blockingQueue;
	//設(shè)置隊(duì)列緩存的大小。生產(chǎn)過程中超過這個(gè)大小就暫時(shí)停止生產(chǎn)
	private final int QUEUE_SIZE = 10;
	public Producer(BlockingQueue blockingQueue){
		this.blockingQueue = blockingQueue;
	}
	int task = 1;
	@Override
	  public void run() {
		while(true){
			try {
				System.out.println("正在生產(chǎn)：" + task);
				//將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品放在隊(duì)列緩存中
				blockingQueue.put(task);
				++task;
				//讓其停止一會(huì)，便于查看效果
				Thread.sleep(1000);
			}
			catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

消費(fèi)者：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
//消費(fèi)者
public class Consumer implements Runnable{
	private final BlockingQueue blockingQueue;
	public Consumer(BlockingQueue blockingQueue){
		this.blockingQueue = blockingQueue;
	}
	@Override
	  public void run() {
		//只要阻塞隊(duì)列中有任務(wù)，就一直去消費(fèi)
		while(true){
			try {
				System.out.println("正在消費(fèi)： " + blockingQueue.take());
				//讓其停止一會(huì)，便于查看效果
				Thread.sleep(2000);
			}
			catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

測試：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
/**
 * 生產(chǎn)者消費(fèi)者模式
 * 使用阻塞隊(duì)列BlockingQueue
 * @author wanggenshen
 *
 */
public class TestConPro {
	public static void main(String[] args){
		BlockingQueue blockingQueue = new LinkedBlockingQueue(5);
		Producer p = new Producer(blockingQueue);
		Consumer c = new Consumer(blockingQueue);
		Thread tp = new Thread(p);
		Thread tc= new Thread(c);
		tp.start();
		tc.start();
	}
}

因?yàn)長inkedBlockingQueue是無界隊(duì)列，所以生產(chǎn)者會(huì)不斷去生產(chǎn)，將生產(chǎn)出的任務(wù)放在隊(duì)列中，消費(fèi)者去隊(duì)列中去消費(fèi)：

如果改用有界阻塞隊(duì)列ArrayBlockingQueue，就可以初始化隊(duì)列的大小。則隊(duì)列中元素超過隊(duì)列大小的時(shí)候，生產(chǎn)者就會(huì)等待消費(fèi)者消費(fèi)一個(gè)再去生產(chǎn)一個(gè)：

測試代碼：

初始化一個(gè)大小為10的ArrayBlockingQueue：

public static void main(String[] args){
	BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue(10);
	Producer p = new Producer(blockingQueue);
	Consumer c = new Consumer(blockingQueue);
	Thread tp = new Thread(p);
	Thread tc= new Thread(c);
	tp.start();
	tc.start();
}

測試中，讓生產(chǎn)者生產(chǎn)速度略快，而消費(fèi)者速度略慢一點(diǎn)。可以看到生產(chǎn)出來的產(chǎn)品序號(hào)與消費(fèi)的產(chǎn)品序號(hào)差始終為10(隊(duì)列的大小)：

總結(jié)

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本文名稱：生產(chǎn)消費(fèi)者模式實(shí)現(xiàn)方式和線程安全問題代碼示例
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