生产消费者模式实现方式和线程安全问题代码示例

2024-07-13 10:15:40

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供稿：网友

生产者消费者模式的几种实现方式

拿我们生活中的例子来说，工厂生产出来的产品总是要输出到外面使用的，这就是生产与消费的概念。

在我们实际的软件开发过程中，经常会碰到如下场景：某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理(此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等)。

产生数据的模块，就形象地称为生产者;而处理数据的模块，就称为消费者。

第一种:采用wait—notify实现生产者消费者模式

1. 一生产者与一消费者：

2. 一生产者与多消费者：

第二种: 采用阻塞队列实现生产者消费者模式

3. 使用阻塞队列实现生产者消费者模式

相信大家都有去吃过日本料理。有个很诱人的餐食就是烤肉，烤肉师父会站在一边一直烤肉，再将烤好的肉放在一个盘子中;而流着口水的我们这些食客会坐在一边，只要盘子里有肉我们就会一直去吃。

在这个生活案例中，烤肉师父就是生产者，他就负责烤肉，烤完了就把肉放在盘子里，而不是直接递给食客(即不用通知食客去吃肉)，如果盘子肉满，师父就会停一会，直到有人去食用烤肉后再去进行生产肉;而食客的我们就只是盯着盘子，一旦盘子有肉我们就负责去吃就行;

整个过程中食客与烤肉师父都不是直接打交道的，而是都与盘子进行交互。

盘子充当了一个缓冲区的概念，有东西生产出来就把东西放进去，盘子也是有大小限制，超过盘子大小就会阻塞生产者生产，等待消费者去消费;当盘子为空的时候，即阻塞消费者消费，等待生产者去生产。

编程中阻塞队列即可以实现盘子这个功能。

阻塞队列的特点：

当队列元素已满的时候，阻塞插入操作;

当队列元素为空的时候，阻塞获取操作。

ArrayBlockingQueue 与 LinkedBlockingQueue都是支持FIFO(先进先出)，但是LinkedBlockingQueue是无界的，而ArrayBlockingQueue 是有界的。

下面使用阻塞队列实现生产者消费者：

生产者：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class Producer implements Runnable{	private final BlockingQueue blockingQueue;	//设置队列缓存的大小。生产过程中超过这个大小就暂时停止生产	private final int QUEUE_SIZE = 10;	public Producer(BlockingQueue blockingQueue){		this.blockingQueue = blockingQueue;	}	int task = 1;	@Override	  public void run() {		while(true){			try {				System.out.println("正在生产：" + task);				//将生产出来的产品放在队列缓存中				blockingQueue.put(task);				++task;				//让其停止一会，便于查看效果				Thread.sleep(1000);			}			catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}	}}

消费者：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;//消费者public class Consumer implements Runnable{	private final BlockingQueue blockingQueue;	public Consumer(BlockingQueue blockingQueue){		this.blockingQueue = blockingQueue;	}	@Override	  public void run() {		//只要阻塞队列中有任务，就一直去消费		while(true){			try {				System.out.println("正在消费： " + blockingQueue.take());				//让其停止一会，便于查看效果				Thread.sleep(2000);			}			catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}	}}

测试：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;/** * 生产者消费者模式 * 使用阻塞队列BlockingQueue * @author wanggenshen * */public class TestConPro {	public static void main(String[] args){		BlockingQueue blockingQueue = new LinkedBlockingQueue(5);		Producer p = new Producer(blockingQueue);		Consumer c = new Consumer(blockingQueue);		Thread tp = new Thread(p);		Thread tc= new Thread(c);		tp.start();		tc.start();	}}

因为LinkedBlockingQueue是无界队列，所以生产者会不断去生产，将生产出的任务放在队列中，消费者去队列中去消费：

生产者消费者模式代码,线程安全代码,线程安全的代码

如果改用有界阻塞队列ArrayBlockingQueue，就可以初始化队列的大小。则队列中元素超过队列大小的时候，生产者就会等待消费者消费一个再去生产一个：

测试代码：

初始化一个大小为10的ArrayBlockingQueue：

public static void main(String[] args){	BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue(10);	Producer p = new Producer(blockingQueue);	Consumer c = new Consumer(blockingQueue);	Thread tp = new Thread(p);	Thread tc= new Thread(c);	tp.start();	tc.start();}

测试中，让生产者生产速度略快，而消费者速度略慢一点。可以看到生产出来的产品序号与消费的产品序号差始终为10(队列的大小)：

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