阻塞隊列實現生產者消費者模式

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來源：ImportNew - 劉志軍

生產者消費者模式是並發、多線程編程中經典的設計模式，生產者和消費者通過分離的執行工作解耦，簡化了開發模式，生產者和消費者可以以不同的速度生產和消費數據。這篇文章我們來看看什麼是生產者消費者模式，這個問題也是多線程面試題中經常被提及的。如何使用阻塞隊列（Blocking Queue）解決生產者消費者模式，以及使用生產者消費者模式的好處。

真實世界中的生產者消費者模式

生產者和消費者模式在生活當中隨處可見，它描述的是協調與協作的關係。比如一個人正在準備食物（生產者），而另一個人正在吃（消費者），他們使用一個共用的桌子用於放置盤子和取走盤子，生產者準備食物，如果桌子上已經滿了就等待，消費者（那個吃的）等待如果桌子空了的話。這裡桌子就是一個共享的對象。在Java Executor框架自身實現了生產者消費者模式它們分別負責添加和執行任務。

生產者消費者模式的好處

它的確是一種實用的設計模式，常用於編寫多線程或並發代碼。下面是它的一些優點：

1. 
   

   它簡化的開發，你可以獨立地或並發的編寫消費者和生產者，它僅僅只需知道共享對象是誰



2. 
   

   生產者不需要知道誰是消費者或者有多少消費者，對消費者來說也是一樣



3. 
   

   生產者和消費者可以以不同的速度執行



4. 
   

   分離的消費者和生產者在功能上能寫出更簡潔、可讀、易維護的代碼

多線程中的生產者消費者問題

生產者消費者問題是一個流行的面試題，面試官會要求你實現生產者消費者設計模式，以至於能讓生產者應等待如果隊列或籃子滿了的話，消費者等待如果隊列或者籃子是空的。這個問題可以用不同的方式來現實，經典的方法是使用wait和notify方法在生產者和消費者線程中合作，在隊列滿了或者隊列是空的條件下阻塞，Java5的阻塞隊列（BlockingQueue）數據結構更簡單，因為它隱含的提供了這些控制，現在你不需要使用wait和nofity在生產者和消費者之間通信了，阻塞隊列的put()方法將阻塞如果隊列滿了，隊列take()方法將阻塞如果隊列是空的。在下部分我們可以看到代碼例子。

使用阻塞隊列實現生產者消費者模式

阻塞隊列實現生產者消費者模式超級簡單，它提供開箱即用支持阻塞的方法put()和take()，開發者不需要寫困惑的wait-nofity代碼去實現通信。BlockingQueue 一個介面，Java5提供了不同的現實，如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue，兩者都是先進先出（FIFO）順序。而ArrayLinkedQueue是自然有界的，LinkedBlockingQueue可選的邊界。下面這是一個完整的生產者消費者代碼例子，對比傳統的wait、nofity代碼，它更易於理解。

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

你可以看到生產者線程生產數和消費者線程消費它以FIFO的順序，因為阻塞隊列只允許元素以FIFO的方式來訪問。以上就是使用阻塞隊列解決生產者消費者問題的全部，我確信它比wait/notify更簡單，但你要兩者都準備如果你是去面試話。

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