Java设计模式—生产者消费者模式（阻塞队列实现）

小灰灰 2021-09-10 13:54 366阅读 0赞

生产者消费者模式是并发、多线程编程中经典的[设计模式][Link 1]，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。

点击(此处)折叠或打开

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

[Link 1]: http://www.amazon.cn/gp/product/B001130JN8/ref=as_li_qf_sp_asin_il_tl?ie=UTF8&tag=importnew-23&linkCode=as2&camp=536&creative=3200&creativeASIN=B001130JN8