阻塞隊列實現生產者消費者模式

阻塞隊列

阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。

這兩個附加的操作是：在隊列為空時，獲取元素的線程會等待隊列變為非空。當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。

阻塞隊列常用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器里拿元素。

另外，阻塞隊列也可以用於線程池中。

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么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系。比如一個人正在准備食物（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，生產者准備食物，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。這里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 一個接口，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。

 

ProducerConsumerPattern.java如下：

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();

    }
}

生產者，Producer.java如下：

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);
            }
        }
    }
}

消費者，Consumer.java如下所示：

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);

            }

        }

    }

 

}

你可以看到生產者線程生產數和消費者線程消費它以FIFO（先進先出）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，但你要兩者都准備如果你是去面試話。

 

原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/cHM2ysK7hIDnOd5apQZxpA