多线程设计模式（四）：生产者-消费模式

生产者-消费模式，通常有两类线程，即若干个生产者线程和若干个消费者线程。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去进行通信。

一、架构模式图：

类图：

生产者：提交用户请求，提取用户任务，并装入内存缓冲区；

消费者：在内存缓冲区中提取并处理任务；

内存缓冲区：缓存生产者提交的任务或数据，供消费者使用；

任务：生产者向内存缓冲区提交的数据结构；

Main：使用生产者和消费者的客户端。

二、代码实现一个基于生产者-消费者模式的求整数平方的并行计算：

（1）Producer生产者线程：

<span style="font-size:18px;">package ProducerConsumer;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Producer  implements Runnable{

    //Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。
    //而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。
    //这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。
    private volatile  boolean isRunning= true;

    //内存缓冲区
    private BlockingQueue<PCData> queue;

    //总数，原子操作
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    private static final int SLEEPTIME=1000;


    public Producer(BlockingQueue<PCData> queue) {

        this.queue = queue;
    }




    @Override
    public void run() {
        PCData data=null;
        Random r  = new Random();
        System.out.println("start producer id = "+ Thread .currentThread().getId());
        try{
            while(isRunning){
                Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME));
                //构造任务数据
                data= new PCData(count.incrementAndGet());
                System.out.println("data is put into queue ");
                //提交数据到缓冲区
                if(!queue.offer(data,2,TimeUnit.SECONDS)){
                    System.out.println("faile to  put data:  "+ data);
                }
            }
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
            Thread.currentThread().interrupt();

        }


    }

    public void stop(){

        isRunning=false;
    }


}
</span>

（2）Consumer消费者线程：

<span style="font-size:18px;">package ProducerConsumer;

import java.text.MessageFormat;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class Consumer implements Runnable {
    //缓冲区
    private BlockingQueue<PCData> queue;
    private static final int SLEEPTIME=1000;


    public Consumer(BlockingQueue<PCData> queue) {
        this.queue = queue;
    }


    @Override
    public void run() {
        System.out.println("start Consumer id= "+ Thread .currentThread().getId());
        Random r = new Random();

            try {
                //提取任务
                while(true){
                    PCData data= queue.take();
                    if(null!= data){
                        //计算平方
                        int re= data.getData()*data.getData();
                        System.out.println(MessageFormat.format("{0}*{1}={2}",
                                    data.getData(),data.getData(),re
                                ));
                        Thread.sleep(r.nextInt(SLEEPTIME));

                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                Thread.currentThread().interrupt();
            }



    }





}
</span>

（3）PCData共享数据模型：

<span style="font-size:18px;">package ProducerConsumer;

public  final class PCData {

    private final int intData;

    public PCData(int d) {
        intData=d;
    }

    public PCData(String  d) {
        intData=Integer.valueOf(d);
    }

    public int getData(){

        return intData;

    }
    @Override
    public String toString(){
        return "data:"+ intData ;
    }

}
</span>

（4）Main函数：

<span style="font-size:18px;">package ProducerConsumer;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

public class Main {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args)  throws InterruptedException{
        //建立缓冲区
        BlockingQueue<PCData> queue = new LinkedBlockingDeque<PCData>(10);
        //建立生产者
        Producer producer1 = new Producer(queue);
        Producer producer2 = new Producer(queue);
        Producer producer3 = new Producer(queue);

        //建立消费者
        Consumer consumer1 = new Consumer(queue);
        Consumer consumer2 = new Consumer(queue);
        Consumer consumer3 = new Consumer(queue);

        //建立线程池
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

        //运行生产者
        service.execute(producer1);
        service.execute(producer2);
        service.execute(producer3);
        //运行消费者
        service.execute(consumer1);
        service.execute(consumer2);
        service.execute(consumer3);

        Thread.sleep(10*1000);

        //停止生产者
        producer1.stop();
        producer2.stop();
        producer3.stop();

        Thread.sleep(3000);
        service.shutdown();
    }

}
</span>

三、注意：

    volatile关键字：Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

    生产-消费模式的核心组件是共享内存缓冲区，是两者的通信桥梁，起到解耦作用，优化系统整体结构。

    由于缓冲区的存在，生产者和消费者，无论谁在某一局部时间内速度相对较高，都可以使用缓冲区得到缓解，保证系统正常运行，这在一定程度上缓解了性能瓶颈对系统系能的影响。

转：http://blog.csdn.net/lmdcszh/article/details/39699261