【Java】使用BlockingQueue实现生产者-消费者模式详解编程语言

生产者-消费者模式是一个经典的多线程设计模式。在生产者-消费者模式中。通常有多个生产者线程和多个消费者模式，生产者线程负责提交用户请求，消费者线程负责具体处理生产者提交的任务。两者之间通过共享内存缓冲区进行通信。

生产者-消费者模式的核心组件是共享内存缓冲区，它的作用是生产者与消费者之间的通信桥梁，避免二者之间的直接通信，有效地降低了二者耦合性。生产者不需要知道消费者的存在，消费者也不需要知道生产者的存在。

众所周知，缓存的出现是为了平衡不同的处理速度，比如CPU运算速度要高于硬盘读写速度，如果没有缓存，CPU就会有很多的时间在等待硬盘执行完读写，发挥不了CPU的高性能。

同样，这里的共享内存缓冲区也有这个作用，假如生产者和消费者的速度不匹配，无论是谁要快一些，都可以在这里得到缓解。

生产者-消费者模式的主要角色如下表所示：

这个模式的重点是在共享内存缓冲区为空的时候，生产者需要被唤醒，消费者需要进行等待；当共享内存缓冲区满的时候，消费者需要被唤醒，生产者需要进行等待。这就需要在合适的时候对生产者和消费者休眠和唤醒，也就是notify/wait。这里使用的BlockingQueue内部已经实现了线程的唤醒和休眠，所以在这个代码中看不到notify/wait的出现。

这里假设有若干个生产者进行数据的生成，将生成的数据放到队列中，然后有若干个消费者进行数据的取出，生成这个数的平方。

/** 

 * Created by makersy on 2019 

生产者和消费者之间的共享数据 

public class Data {


 //这里的正在运行标记不共享，但是需要用volatile保证可以实时接收到它的更新 

 private volatile boolean isRunning = true; 

 BlockingQueue Data queue; 

 //生成的数据,这里要使用static保证在多个线程之间共享 

 private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(); 

 private static final int SLEEPTIME = 1000; 


 System.out.println("Producer Thread id: " + Thread.currentThread().getId() + " started!"); 

 Random r = new Random(); 

 try {

 while (isRunning) {

 Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME)); 

 data = new Data(count.incrementAndGet()); 

 System.out.println(data.getNum() + " is put into bq"); 

 if (queue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS)) {

 //生产者向bq中添加数据 

 System.out.println("producer " + Thread.currentThread().getId() + " put data : " + data.getNum()); 

 } else {

 System.out.println("producer put data failed!"); 

 } catch (InterruptedException e) {

 e.printStackTrace(); 

 Thread.interrupted(); 

 //停止线程 

 public void stop() {

 isRunning = false; 

 

 * Created by makersy on 2019 

public class Consumer implements Runnable{


 System.out.println("Consumer Thread id: " + Thread.currentThread().getId() + " started!"); 

 Random r = new Random(); 

 while (true) {

 try {

 Data data = queue.take(); 

 if (data != null) {

 //取出数据成功,输出计算平方值 

 System.out.println(Thread.currentThread().getId() + "计算平方：" + MessageFormat.format("{0} * {1} = {2}", data.getNum(), data.getNum(), data.getNum() * data.getNum())); 

 Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME)); //随机睡眠一定时间，模拟任务执行 

 } catch (InterruptedException e) {

 e.printStackTrace(); 

 Thread.interrupted(); 

 

 * Created by makersy on 2019 

public class Main {


 BlockingQueue Data queue = new LinkedBlockingQueue (10); 

 //新建3个生产者线程和3个消费者线程 

 Producer producer1 = new Producer(queue); 

 Producer producer2 = new Producer(queue); 

 Producer producer3 = new Producer(queue); 

 Consumer consumer1 = new Consumer(queue); 

 Consumer consumer2 = new Consumer(queue); 

 Consumer consumer3 = new Consumer(queue); 

 //线程池 

 ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool(); 

 service.execute(producer1); 

 service.execute(producer2); 

 service.execute(producer3); 

 service.execute(consumer1); 

 service.execute(consumer2); 

 service.execute(consumer3); 

 Thread.sleep(10 * 1000); //执行生产者和消费者 

 producer1.stop(); 

 producer2.stop(); 

 producer3.stop(); //停止生产任务 

 Thread.sleep(3 * 1000); //等待消费者处理完队列中的任务 

 service.shutdown(); 

 System.out.println("结束"); 

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