使用C#的泛型隊列Queue實現生產消費模式

 

本篇體驗使用C#的泛型隊列Queue<T>實現生產消費模式。

 

如果把生產消費想像成自動流水生產線的話，生產就是流水線的物料，消費就是某種設備對物料進行加工的行為，流水線就是隊列。

 

現在，要寫一個體現生產消費模式的泛型幫助類，比如叫ProducerConsumer<T>。

 

該類肯定會維護一個有關生產、物料的Queue<T>類型的字段，還存在一個有關消費、Action<T>類型的字段。

 

在ProducerConsumer類的構造函數中，為Action<T>類型的字段賦值，並開啟后台有關消費的線程。

 

ProducerConsumer類肯定存在一個進隊列的方法，並且要保證在多線程情況下，同一時間只有一個生產或物料進入隊列。

 

ProducerConsumer類還存在一個有關消費的方法，並且保證在多線程情況下，同一時間只有一個生產或物料出列，並消費它。

 

另外，在生產或物料在出隊列的時候，可能會出現隊列中暫時沒有生產或物料的情況，這時候我們希望線程阻塞一下，這需要通過AutoResetEvent實現。AutoResetEvent的大致原理是：當生產或物料進入隊列的時候需要告訴AutoResetEvent一下，當隊列中暫時沒有生產或物料的時候，也需要告訴AutoResetEvent，讓它來阻塞線程。

 

  //有關生產消費的泛型類
    public class ProducerConsumer<T>
    {
        //用來存儲生產者的隊列
        private readonly Queue<T>  queue = new Queue<T>();
        //鎖
        private readonly object queueLocker = new object();
        //消費行為
        private readonly Action<T> consumerAction;
        //出列的時候需要檢查隊列中是否有元素，如果沒有，需要阻塞
        private readonly AutoResetEvent queueWaitHandle = new AutoResetEvent(false);
        public ProducerConsumer(Action<T> consumerAction)
        {
            if (consumerAction == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("consumerAction");
            }
            this.consumerAction = consumerAction;
            //后台開啟一個線程開始消費生產者
            new Thread(this.ConsumeItems){IsBackground = true}.Start();
        }
        //進列
        public void Enqueue(T item)
        {
            //確保同一時間只有一個生產者進列
            lock (queueLocker)
            {
                queue.Enqueue(item);
                //每次進列都要設置AutoResetEvent事件
                this.queueWaitHandle.Set();
            }
        }
        //消費動作
        private void ConsumeItems()
        {
            while (true)
            {
                T nextItem = default(T);
                //標志，確認隊列中的生產者是否存在
                bool doesItemExist;
                //確保同一時間只有一個生產者出列
                lock (this.queueLocker)
                {
                    //先確認隊列中的生產者是否存在
                    doesItemExist = this.queue.Count > 0;
                    if (doesItemExist)
                    {
                        nextItem = this.queue.Dequeue();
                    }
                    
                }
                //如果生產者存在，才消費生產者
                if (doesItemExist)
                {
                    this.consumerAction(nextItem);
                }
                else//否則的話，再等等下一個隊列中的生產者
                {
                    this.queueWaitHandle.WaitOne();
                }
                
            }
        }
    }

 

客戶端，針對多線程情形。

 

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //實例化一個int類型的生產消費實例
            var producerConsumer = new ProducerConsumer<int>(i => Console.WriteLine("正在消費" + i));
            Random random = new Random();
            //開啟進隊列線程
            var t1 = new Thread(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    producerConsumer.Enqueue(i);
                    Thread.Sleep(random.Next(0,5));
                }
            });
            var t2 = new Thread(() =>
            {
                for (int i = 0; i > -100; i--)
                {
                    producerConsumer.Enqueue(i);
                    Thread.Sleep(random.Next(0, 5));
                }
            });
            t1.Start();
            t2.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            Thread.Sleep(50);
            Console.ReadKey();
        }
    }