生产者消费者模式 JAVA

本文介绍了生产者消费者模式的概念及其解决的问题,通过一个具体的Java实现案例,展示了如何使用阻塞队列来平衡生产者和消费者的速度,从而实现高效的数据处理。

生产者消费者:

为什么要用生产者消费者模式

在多线程开发中,如果消费者的消费速度要大于生产者的生产速度,那么消费者必须等待生产者的生产才能继续消费。同样的如果生产者的生产速度大于消费者的消费速度,那么生产者需要等待消费者消费完再继续生产。生产者消费者模式是为了解决生产者消费者不均衡的问题而出现的。

什么是生产者消费者模式

通常设计模式都是高类聚低耦合的特性。因此生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的耦合问题。生产者和消费者通过阻塞队列来进行通讯,所以生产者产生的数据放入阻塞队列中,而消费者从阻塞队列中取数据,阻塞队列相当于一个缓冲区,平衡了生产者和消费者的能力。

生产者消费者模式实例

定义一个容量为5的阻塞队列,把消费者和生产者都关联该阻塞队列,使得生产和消费都与阻塞队列进行通讯

消费者类:

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
////消费者
public class Consumer implements Runnable{
	private BlockingQueue<String> queue;   

	public Consumer(BlockingQueue<String>  queue) {
		super();
		this.queue = queue;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
		try {
			Thread.sleep(1000);		
			String temp;
			temp = queue.take();
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" take:"+temp);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		}
	}
}

生产者类:

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
///生产者
public class Producer implements Runnable {
	BlockingQueue<String> queue;
	
	public Producer(BlockingQueue<String> queue) {
		super();
		this.queue = queue;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		while(true){
		try {
			Thread.sleep(1000);
			String temp = Thread.currentThread().getName();
			System.out.println("I have made a product:"+temp);
			queue.put(temp);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	}
}

test类:

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class Test {
	public  static void main(String args[]){
		BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(5);  //定义一个容量为5的阻塞队列
		Consumer c = new Consumer(queue);
		Producer p = new Producer(queue);
			new Thread(p,"Producer"+(1)).start();   //初始化生产者线程
			new Thread(c,"Consumer"+(1)).start();   //初始化消费者线程
	}
}

生产者消费者模式是一种常见的并发编程模式,用于解决多个线程之间的协作和通信问题。该模式包括两种角色:生产者消费者生产者负责生产数据并将其放入缓冲区中,消费者则负责从缓冲区中取出数据并进行处理。在生产者消费者之间使用一个共享的缓冲区来实现线程间通信。当缓冲区为空时,消费者等待,直到生产者向缓冲区中放入数据;当缓冲区为满时,生产者等待,直到消费者从缓冲区中取出数据。 Java中可以使用多种方式实现生产者消费者模式,以下是其中两种常见的实现方式: 1. 使用wait()和notify()方法 在Java中,线程之间的通信可以通过wait()和notify()方法实现。生产者消费者可以共享一个对象,并在该对象上调用wait()和notify()方法来进行线程间通信。具体实现如下: ``` class Buffer { private int data; private boolean empty = true; public synchronized int get() { while (empty) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } empty = true; notifyAll(); return data; } public synchronized void put(int data) { while (!empty) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } empty = false; this.data = data; notifyAll(); } } class Producer implements Runnable { private Buffer buffer; public Producer(Buffer buffer) { this.buffer = buffer; } public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { buffer.put(i); System.out.println("Produced " + i); try { Thread.sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } } class Consumer implements Runnable { private Buffer buffer; public Consumer(Buffer buffer) { this.buffer = buffer; } public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { int data = buffer.get(); System.out.println("Consumed " + data); try { Thread.sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } } public class Main { public static void main(String[] args) { Buffer buffer = new Buffer(); Producer producer = new Producer(buffer); Consumer consumer = new Consumer(buffer); new Thread(producer).start(); new Thread(consumer).start(); } } ``` 在上述代码中,Buffer类表示缓冲区,Producer类表示生产者,Consumer类表示消费者生产者消费者都是一个Runnable实例,可以通过new Thread(producer)和new Thread(consumer)来创建线程并启动。 2. 使用阻塞队列 Java中提供了阻塞队列(BlockingQueue)用于实现生产者消费者模式。阻塞队列是一种特殊的队列,当队列为空时,消费者线程会被阻塞;当队列为满时,生产者线程会被阻塞。 可以使用Java中的ArrayBlockingQueue或LinkedBlockingQueue来实现阻塞队列。具体实现如下: ``` import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; class Producer implements Runnable { private ArrayBlockingQueue<Integer> buffer; public Producer(ArrayBlockingQueue<Integer> buffer) { this.buffer = buffer; } public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { buffer.put(i); System.out.println("Produced " + i); Thread.sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } } class Consumer implements Runnable { private ArrayBlockingQueue<Integer> buffer; public Consumer(ArrayBlockingQueue<Integer> buffer) { this.buffer = buffer; } public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { int data = buffer.take(); System.out.println("Consumed " + data); Thread.sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } } public class Main { public static void main(String[] args) { ArrayBlockingQueue<Integer> buffer = new ArrayBlockingQueue<>(10); Producer producer = new Producer(buffer); Consumer consumer = new Consumer(buffer); new Thread(producer).start(); new Thread(consumer).start(); } } ``` 在上述代码中,Producer和Consumer类分别表示生产者消费者,使用ArrayBlockingQueue作为缓冲区。生产者通过调用put()方法向队列中添加元素,消费者通过调用take()方法从队列中获取元素。当队列为空时,消费者线程会被阻塞;当队列为满时,生产者线程会被阻塞。
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