Java多线程设计模式(2)生产者与消费者模式

1 Producer-Consumer Pattern

Producer-Consumer Pattern主要就是在生产者与消费者之间建立一个“桥梁参与者”，用来解决生产者线程与消费者线程之间速度的不匹配。

当要从某个线程Produccer参与者将数据传输给其它线程Consumer参与者的时候，此时就可以在中间加一个Channel参与者，在Channel参与者中以某种方式存放接受的数据，再以某方式来获取收到的数据，Channel就可以来缓存两个线程之间传输的数据，在Channel参与者为了保证安全性，也要用Guarded Suspension Pattern模式。

Channel参与者作为一个中间者，当Channel参与者从Producer参与者接收到数据，可以用三种方式将数据按顺序 传递给Consumer参与者。

1 队列，这是一种按照FIFO的方式存储数据，即最先到达的数据最先传输给Consumer参与者。在Java中，可以利用数组形式来存放，每次从数组下标最前端获取数据，而从数组下标最后端来缓存数据。也可以利用LinkedList来存放，每次缓存数据的时候，利用LinkedList.addLast(obj),每次获取数据的时候利用LinkedList.removeFirst();移除并且返回队列的第一个元素。

2 堆栈，这是一种以LIFO的方式存储数据，即最先到达的数据最后传输给Consumer参与者。在Java中，对于堆栈的实现，可以直接使用LinkedList，利用pop()从栈顶弹出一个数据来获取数据，利用push(obj)来向堆栈中缓存一个数据

3 优先级队列，对于缓存的数据设置一些优先级来存储。

生产者与消费者模式，其实就是线程之间的合作关系，同时又包含了互斥关系。所谓的合作就是生产者生成产品，提供消费者消费。所谓的互斥就是生产者和消费者对于中间的缓冲区是互斥访问的。

实例：

几个厨师制作食物，将物品放置在桌子上，但是桌子放置的盘子有限，消费者可以从桌子上获取食物来吃。当桌子上有空位置的时候，厨师就可以继续放置做好的食物，且通知消费者来吃，但是满了就只能一直等待消费者吃了有空的位置。而消费者每次取食物的时候，如果桌子上面有食物，则就取走，并且通知厨师来做食物，如果没有则就等待。

生产者Producer代码：

package whut.producer;
import java.util.Random;
public class MakerThread extends Thread{
    private final Table table;
    private final Random random;
    private static int id=0;
    public MakerThread(String name,Table table,long seed)
    {
        super(name);
        this.table=table;
        this.random=new Random(seed);
    }

    public void run()
    {
        try{
            while(true)
            {
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                String cake=" [Cake No."+nextId()+" by "+Thread.currentThread().getName()+"]";
                table.put(cake);

            }
        }catch(InterruptedException e)
        {
        }
    }
    //为了使得所有实例共享该字段
    public static synchronized int nextId()
    {
        return id++;
    }
}

消费者Consumer代码：

package whut.producer;
import java.util.Random;
public class EaterThread extends Thread{
    private final Table table;
    private final Random random;
    public EaterThread(String name,Table table,long seed)
    {
        super(name);
        this.table=table;
        this.random=new Random(seed);
    }
    public void run()
    {
        try{
            while(true)
            {
                String cake=table.take();
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
            }
        }catch(InterruptedException e)
        {
        }
    }
}

Channel中间缓冲区，关键部分

package whut.producer;
public class Table {
private final String[] cakes;//利用数组来作为缓冲区
    private int head;//下一次蛋糕取的位置
    private int tail;//下一次蛋糕放置位置
    private int count;//桌子上蛋糕的总数
    public Table(int count)
    {
        this.cakes=new String[count];
        this.head=0;
        this.tail=0;
        this.count=0;
    }

    public synchronized void put(String cake)throws InterruptedException
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" puts "+cake);
        while(count>=cakes.length)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Begin wait....");
            wait();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" End wait....");
        }
        cakes[tail]=cake;
        tail=(tail+1)%cakes.length;
        count++;
        notifyAll();
    }

    //取蛋糕
    public synchronized String take()throws InterruptedException
    {
        while(count<=0)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Begin wait....");
            wait();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" End wait....");
        }
        String cake=cakes[head];
        head=(head+1)%cakes.length;
        count--;
        notifyAll();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" gets "+cake);
        return cake;
    }
}

　　测试类：

package whut.producer;
public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Table table=new Table(3);
        new MakerThread("MakerThread-1",table,31415).start();
        new MakerThread("MakerThread-2",table,92653).start();
        new MakerThread("MakerThread-3",table,58979).start();

        new EaterThread("EaterThread-1",table,32384).start();
        new EaterThread("EaterThread-2",table,32384).start();
        new EaterThread("EaterThread-3",table,32384).start();
        //可以通过调用interrupt来去中断结束任何线程
    }
}