Java理解生产者-消费者设计模式
在实际的软件开发过程中，经常会碰到如下场景：某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等）。产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者；
生产者和消费者之间通过缓冲区(通常是一个阻塞队列)实现通讯, 生产者将产生的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区中获取数据。
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举个栗子
去食堂吃饭，食堂大叔会先将饭做好，放到食堂窗口，下课了同学会去食堂打饭。
生产者(食堂大叔) -> 生产数据(做饭) -> 缓冲区(食堂窗口) -> 消费数据(打饭) -> 消费者(同学)
生产者消费者实现思路
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- 使用Object的 wait()和 notify()方法的实现
public class ProducerConsumerTest {
public static void main(String[] args) {
Buffer buffer = new Buffer();
Producer p1 = new Producer(buffer, 1);
Consumer c1 = new Consumer(buffer, 1);
p1.start();
c1.start();
}
}
/**
* 缓冲区
*/
class Buffer {
private List<Integer> data = new ArrayList<>();
private static final int MAX = 10;
private static final int MIN = 0;
public synchronized int get() {
while (MIN == data.size()) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
Integer i = data.remove(0);
notifyAll();
return i;
}
public synchronized void put(int value) {
while (MAX == data.size()) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
data.add(value);
notifyAll();
}
}
class Consumer extends Thread {
private Buffer buffer;
private int number;
public Consumer(Buffer b, int number) {
buffer = b;
this.number = number;
}
public void run() {
int value;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 从缓冲区中获取数据
value = buffer.get();
try {
// 模拟消费数据
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("消费者 #" + this.number + " got: " + value);
}
}
}
class Producer extends Thread {
private Buffer buffer;
private int number;
public Producer(Buffer b, int number) {
buffer = b;
this.number = number;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
// 模拟生产数据
sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
}
// 将数据放入缓冲区
buffer.put(i);
System.out.println("生产者 #" + this.number + " put: " + i);
}
}
}
- 分析
-
wait()、notify/notifyAll() 必须在
synchronized代码块执行，可保证当前只有一个线程获取到Buffer对象的锁。所以可以使用线程不安全的ArrayList充当了阻塞队列 -
当消费者获得锁，队列里有数据，消费并尝试唤醒生产者。如果队列里为空，调用 wait()，会挂起当前线程并释放锁，等待被生产者唤醒
-
当生产者获得锁，队列里数据没满，生产并尝试唤醒消费者。队列数据满了，调用wait()，挂起当前线程并释放锁，等待被消费者唤醒
上述使用最基本的Java代码实现生产者消费者模式，实际开发中我们可能会使用BlockingQueue、ReentrantLock等等这些更成熟的轮子，但是一通百通吧。感兴趣的可以戳这里 Java实现生产者和消费者的5种方式
为什么要使用生产者消费者模式
顺序执行不就可以了吗？生产者消费者到底有什么意义？
- 并发
生产者直接调用消费者，两者是同步的（阻塞），如果消费者吞吐数据很慢，这时候生产者白白浪费大好时光。而使用这种模式之后，生产者将数据丢到缓冲区，继续生产，完全不依赖消费者，程序执行效率会大大提高。
- 解耦
生产者和消费者之间不直接依赖，通过缓冲区通讯，将两个类之间的耦合度降到最低。
