并发模式（三）——生产者-消费模式-蒲公英云

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：

SouthEast

类图：

SouthEast 1

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：

[java] view plain copy

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 queue;
//总数，原子操作
private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
private static final int SLEEPTIME=1000;
public Producer(BlockingQueue 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;
}
}

（2）Consumer消费者线程：

[java] view plain copy

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 queue;
private static final int SLEEPTIME=1000;
public Consumer(BlockingQueue 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();
}
}
}

（3）PCData共享数据模型：

[java] view plain copy

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 ;
}
}

（4）Main函数：

[java] view plain copy

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 queue = new LinkedBlockingDeque(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();
}
}

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。