Java多線程基礎（七）——Producer-Consumer模式

Benedict Evans 發布于2019-08-16 12:40 / 1923人閱讀

摘要：一定義就是生產者消費者模式。消費者參與者從參與者獲取數據，進行處理。通道參與者從參與者處接受參與者，并保管起來，并應參與者的要求，將參與者傳送出去。為確保安全性，參與者與參與者要對訪問共享互斥。

一、定義

Producer-Consumer Pattern就是生產者-消費者模式。
生產者和消費者在為不同的處理線程，生產者必須將數據安全地交給消費者，消費者進行消費時，如果生產者還沒有建立數據，則消費者需要等待。
一般來說，可能存在多個生產者和消費者，不過也有可能生產者和消費者都只有一個，當雙方都只有一個時，我們也稱之為Pipe Pattern。

二、模式案例

該案例中，定義了3個角色：廚師、客人、桌子。

廚師（生產者）定義：

public class MakerThread extends Thread {
    private final Random random;
    private final Table table;
    private static int id = 0;     //蛋糕的流水號(所有廚師共通)
    public MakerThread(String name, Table table, long seed) {
        super(name);
        this.table = table;
        this.random = new Random(seed);
    }
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                String cake = "[ Cake No." + nextId() + " by " + getName() + " ]";
                table.put(cake);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
    private static synchronized int nextId() {
        return id++;
    }
}

客人（消費者）定義：

public class EaterThread extends Thread {
    private final Random random;
    private final Table table;
    public EaterThread(String name, Table table, long seed) {
        super(name);
        this.table = table;
        this.random = new Random(seed);
    }
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                String cake = table.take();
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
            }
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

桌子（隊列）定義：

public class Table {
    private final String[] buffer;
    private int tail;
    private int head;
    private int count;
?
    public Table(int count) {
        this.buffer = new String[count];
        this.head = 0;
        this.tail = 0;
        this.count = 0;
    }
    public synchronized void put(String cake) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " puts " + cake);
        while (count >= buffer.length) {
            wait();
        }
        buffer[tail] = cake;
        tail = (tail + 1) % buffer.length;
        count++;
        notifyAll();
    }
    public synchronized String take() throws InterruptedException {
        while (count <= 0) {
            wait();
        }
        String cake = buffer[head];
        head = (head + 1) % buffer.length;
        count--;
        notifyAll();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " takes " + cake);
        return cake;
    }
}

執行：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Table table = new Table(3);
        new MakerThread("MakerThread-1", table, 31415).start();
        new MakerThread("MakerThread-2", table, 92653).start();
        new MakerThread("MakerThread-3", table, 58979).start();
        new EaterThread("EaterThread-1", table, 32384).start();
        new EaterThread("EaterThread-2", table, 62643).start();
        new EaterThread("EaterThread-3", table, 38327).start();
    }
}

三、模式講解

Producer-Consumer模式的角色如下：

Data(數據)參與者

Data代表了實際生產或消費的數據。

Producer(生產者)參與者

Producer會創建Data，然后傳遞給Channel參與者。

Consumer(消費者)參與者

Consumer從Channel參與者獲取Data數據，進行處理。

Channel(通道)參與者

Channel從Producer參與者處接受Data參與者，并保管起來，并應Consumer參與者的要求，將Data參與者傳送出去。為確保安全性，Producer參與者與Consumer參與者要對訪問共享互斥。

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