Java多線程之生產(chǎn)者消費(fèi)者模式詳解
問題:
1.什么是阻塞隊(duì)列?如何使用阻塞隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型?
2. 生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的作用是什么?
1. 生產(chǎn)者消費(fèi)者模型
在生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式中,通常有兩類線程,即生產(chǎn)者線程(若干個(gè))和消費(fèi)者線程(若干個(gè))。生產(chǎn)者線程向消息隊(duì)列加入數(shù)據(jù),消費(fèi)者線程則從消息隊(duì)列消耗數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者和消費(fèi)者、消息隊(duì)列之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖如圖:

(1) 消息隊(duì)列可以用來平衡生產(chǎn)和消費(fèi)的線程資源;
(2) 生產(chǎn)者僅負(fù)責(zé)產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù),不關(guān)心數(shù)據(jù)該如何處理,而消費(fèi)者專心處理結(jié)果數(shù)據(jù) ;
(3) 消息隊(duì)列是有容量限制的,消息隊(duì)列滿后,生產(chǎn)者不能再加入數(shù)據(jù);消息隊(duì)列空時(shí),消費(fèi)者不能再取出數(shù)據(jù);
(4) 消息隊(duì)列是線程安全的,在并發(fā)操作消息隊(duì)列的過程中,不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況;或者在多個(gè)線程并發(fā)更改共享數(shù)據(jù)后,不會(huì)造成出現(xiàn)臟數(shù)據(jù)的情況;
(5) JDK 中各種阻塞隊(duì)列,采用的就是這種模式;
2. 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模型
1、消息隊(duì)列中存放的消息類:
/**
* 消息隊(duì)列中存放的消息類
*/
final public class Message {
private int id;
private int value;
public Message(int id,int value){
this.id = id;
this.value = value;
}
public int getId() {
return id;
}
public int getValue() {
return value;
}
}
2、實(shí)現(xiàn)阻塞隊(duì)列(消息隊(duì)列) :
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.LinkedList;
/**
* 實(shí)現(xiàn)一個(gè)阻塞隊(duì)列(消息隊(duì)列),實(shí)現(xiàn)java線程間通信
*/
@Slf4j
public class MessageQueue {
// 消息隊(duì)列的容量
private int capacity;
// 消息隊(duì)列
LinkedList<Message> messageQueue = new LinkedList<>();
// 設(shè)置消息隊(duì)列的容量
public MessageQueue(int capacity){
this.capacity = capacity;
}
// 從消息隊(duì)列中取消息
public Message take(){
synchronized (messageQueue){
// 如果消息隊(duì)列為空
while (messageQueue.isEmpty()){
try {
log.debug("隊(duì)列為空, 消費(fèi)者線程等待");
messageQueue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
Message message = messageQueue.removeFirst();
log.debug("已消費(fèi)消息 {}", message);
// 走到這,說明消息隊(duì)列不為null
messageQueue.notifyAll();
return message;
}
}
// 往消息隊(duì)列中放消息
public void put(Message message){
synchronized (messageQueue){
// 如果消息隊(duì)列已滿
while (messageQueue.size()==capacity){
try {
log.debug("隊(duì)列已滿, 生產(chǎn)者線程等待");
messageQueue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
messageQueue.addLast(message);
log.debug("已生產(chǎn)消息 {}", message);
// 走到這,說明消息隊(duì)列不滿
messageQueue.notifyAll();
}
}
}
3、測(cè)試:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MessageQueue queue = new MessageQueue(2);
for(int i=0;i<3;i++){
int id = i;
new Thread(()->{
queue.put(new Message(id,id));
},"生產(chǎn)者").start();
}
new Thread(()->{
while (true){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Message message = queue.take();
}
},"消費(fèi)者").start();
}
}
執(zhí)行結(jié)果:
15:31:28.488 [生產(chǎn)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已生產(chǎn)消息 com.example.test.Message@54309a75
15:31:28.507 [生產(chǎn)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已生產(chǎn)消息 com.example.test.Message@50915389
15:31:28.507 [生產(chǎn)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 隊(duì)列已滿, 生產(chǎn)者線程等待
15:31:29.486 [消費(fèi)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已消費(fèi)消息 com.example.test.Message@54309a75
15:31:29.486 [生產(chǎn)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已生產(chǎn)消息 com.example.test.Message@6340ac12
15:31:30.487 [消費(fèi)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已消費(fèi)消息 com.example.test.Message@50915389
15:31:31.487 [消費(fèi)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 已消費(fèi)消息 com.example.test.Message@6340ac12
15:31:32.488 [消費(fèi)者] DEBUG com.example.test.MessageQueue - 隊(duì)列為空, 消費(fèi)者線程等待
3. 生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的作用是什么?
(1) 通過平衡生產(chǎn)者的生產(chǎn)能力和消費(fèi)者的消費(fèi)能力來提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率 ;
(2) 解耦,解耦意味著生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的聯(lián)系少,聯(lián)系越少越可以獨(dú)自發(fā)展而不需要收到相互的制約;
總結(jié)
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