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阻塞队列实现生产者消费者模式

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 3个月前 (01-20) 61次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

生产者消费者模式是并发、多线程编程中经典的设计模式,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,但你要两者都准备如果你是去面试话。

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