Java设计模式—生产者消费者模式（阻塞队列实现）

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。

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1. import java.util.concurrent.BlockingQueue;
   
2. import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
   
3. import java.util.logging.Level;
   
4. import java.util.logging.Logger;
   
5.  
   
6. public class ProducerConsumerPattern {
   
7.  
   
8.     public static void main(String args[]){
   
9.  
   
10.      //Creating shared object
    
11.      BlockingQueue sharedQueue = new LinkedBlockingQueue();
    
12.  
    
13.      //Creating Producer and Consumer Thread
    
14.      Thread prodThread = new Thread(new Producer(sharedQueue));
    
15.      Thread consThread = new Thread(new Consumer(sharedQueue));
    
16.  
    
17.      //Starting producer and Consumer thread
    
18.      prodThread.start();
    
19.      consThread.start();
    
20.     }
    
21.  
    
22. }
    
23.  
    
24. //Producer Class in java
    
25. class Producer implements Runnable {
    
26.  
    
27.     private final BlockingQueue sharedQueue;
    
28.  
    
29.     public Producer(BlockingQueue sharedQueue) {
    
30.         this.sharedQueue = sharedQueue;
    
31.     }
    
32.  
    
33.     @Override
    
34.     public void run() {
    
35.         for(int i=0; i<10; i++){
    
36.             try {
    
37.                 System.out.println("Produced: " + i);
    
38.                 sharedQueue.put(i);
    
39.             } catch (InterruptedException ex) {
    
40.                 Logger.getLogger(Producer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
    
41.             }
    
42.         }
    
43.     }
    
44.  
    
45. }
    
46.  
    
47. //Consumer Class in Java
    
48. class Consumer implements Runnable{
    
49.  
    
50.     private final BlockingQueue sharedQueue;
    
51.  
    
52.     public Consumer (BlockingQueue sharedQueue) {
    
53.         this.sharedQueue = sharedQueue;
    
54.     }
    
55.  
    
56.     @Override
    
57.     public void run() {
    
58.         while(true){
    
59.             try {
    
60.                 System.out.println("Consumed: "+ sharedQueue.take());
    
61.             } catch (InterruptedException ex) {
    
62.                 Logger.getLogger(Consumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
    
63.             }
    
64.         }
    
65.     }
    
66.  
    
67. }
    
68.  
    
69. Output:
    
70. Produced: 0
    
71. Produced: 1
    
72. Consumed: 0
    
73. Produced: 2
    
74. Consumed: 1
    
75. Produced: 3
    
76. Consumed: 2
    
77. Produced: 4
    
78. Consumed: 3
    
79. Produced: 5
    
80. Consumed: 4
    
81. Produced: 6
    
82. Consumed: 5
    
83. Produced: 7
    
84. Consumed: 6
    
85. Produced: 8
    
86. Consumed: 7
    
87. Produced: 9
    
88. Consumed: 8
    
89. Consumed: 9