生产者/消费者模式(阻塞队列) 一个经典的并发模型

生产消费者模式也是关于线程阻塞的问题，生产消费者模式是通过观察者模式来实现的。之前在编写一个通讯软件的时候用到了这种模式，通过维护一个BlockingQueue来完成Socket的消息发送，后来读书时看到在服务器开发时三层模型中的Service层在调用Dao层的时候也是通过这种模式来调用的，具体怎么使用的还没有具体实践过，期待后面可以有机会练习这一块。

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。 
　 
单单抽象出生产者和消费者，还够不上是生产者／消费者模式。该模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。

• 解耦 
  　　假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法，那么生产者对于消费者就会产生依赖（也就是耦合）。将来如果消费者的代码发生变化，可能会影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区，两者之间不直接依赖，耦合也就相应降低了。 
  　　
• 支持并发（concurrency） 
  　　生产者直接调用消费者的某个方法，还有另一个弊端。由于函数调用是同步的（或者叫阻塞的），在消费者的方法没有返回之前，生产者只好一直等在那边。万一消费者处理数据很慢，生产者就会白白糟蹋大好时光。 
  　　使用了生产者／消费者模式之后，生产者和消费者可以是两个独立的并发主体（常见并发类型有进程和线程两种，后面的帖子会讲两种并发类型下的应用）。生产者把制造出来的数据往缓冲区一丢，就可以再去生产下一个数据。基本上不用依赖消费者的处理速度。其实当初这个模式，主要就是用来处理并发问题的。 
  　　
• 支持忙闲不均 
  　　缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢，缓冲区的好处就体现出来了。当数据制造快的时候，消费者来不及处理，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。等生产者的制造速度慢下来，消费者再慢慢处理掉。

用了两种方式实现了一下这个模式

1.方法一:

消费者:

public class TestConsumer implements Runnable {
    TestQueue queue;

    public TestConsumer() {
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public TestConsumer(TestQueue obj) {
        this.queue = obj;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                queue.consumer();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

• 
  

生产者:

public class TestProduct implements Runnable {
    TestQueue t;

    public TestProduct() {

    }

    public TestProduct(TestQueue t) {
        this.t = t;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                t.product("test" + i);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• 
  

队列:

public class TestQueue {
    public static Object signal = new Object();
    boolean bFull = false;
    private List thingsList = new ArrayList();

    /**
     * 生产
     * 
     * @param thing
     * @throws Exception
     */
    public void product(String thing) throws Exception {
        synchronized (signal) {
            if (!bFull) {
                bFull = true;
                System.out.println("product");
                thingsList.add(thing);
                signal.notify(); // 然后通知消费者
            }
        }
    }

    /**
     * 消费
     * 
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public String consumer() {
        synchronized (signal) {
            if (!bFull) {
                // 队列为空。等待.....
                try {
                    signal.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                } // 进入signal待召队列，等待生产者的通知
            }
            bFull = false;
            // 读取buf 共享资源里面的东西
            System.out.println("consume");
            signal.notify(); // 然后通知生产者
        }        /**        *获取待消费的List，并把前面消费掉的商品移出List        **/
        String result = "";
        if (thingsList.size() > 0) {
            result = thingsList.get(thingsList.size() - 1).toString();
            thingsList.remove(thingsList.size() - 1);
        }
        return result;
    }
}

• 
  

测试代码：

public class Application {
    @Test
    public void test(){
        TestQueue queue = new TestQueue();
        Thread customer = new Thread(new TestConsumer(queue));
     Thread product = new Thread(new TestProduct(queue));
     customer.start();
     product.start();
    }
}

• 执行结果：

• product
  consume
  

  
  
  

2.方法二:

使用java.util.concurrent.BlockingQueue类来重写的队列那个类，使用这个方法比较简单。直接看JDK提供的demo

class Producer implements Runnable {  
   private final BlockingQueue queue;  
   Producer(BlockingQueue q) { queue = q; }  
    public void run() {  
      try {  
        while(true) { queue.put(produce()); }  
      } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}  
    }  
    Object produce() { ... }  
  }  

  class Consumer implements Runnable {  
    private final BlockingQueue queue;  
    Consumer(BlockingQueue q) { queue = q; }  
    public void run() {  
      try {  
        while(true) { consume(queue.take()); }  
      } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}  
    }  
    void consume(Object x) { ... }  
  }  

  class Setup {  
    void main() {  
      BlockingQueue q = new SomeQueueImplementation();  
      Producer p = new Producer(q);  
      Consumer c1 = new Consumer(q);  
      Consumer c2 = new Consumer(q);  
      new Thread(p).start();  
      new Thread(c1).start();  
      new Thread(c2).start();  
    }  
 }  

• 
  

在JDK1.5以上使用了Lock锁来实现:

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notFull = lock.newCondition();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
     
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
          
        producer.start();
        consumer.start();
    }
      
    class Consumer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
          
        private void consume() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("队列空，等待数据");
                            notEmpty.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.poll();                //每次移走队首元素
                    notFull.signal();            //释放锁，通知其他线程
                    System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
      
    class Producer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
          
        private void produce() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("队列满，等待有空余空间");
                            notFull.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素
                    notEmpty.signal();    //释放锁，通知其他线程
                    System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}