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面试官让我手写一个生产者消费者模式?

不知道你是否遇到过面试官让你手写生产者消费者代码。别说,前段时间有小伙伴还真的遇到了这种情况,当时是一脸懵逼。

但是,俗话说,从哪里跌倒就要从哪里爬起来。既然这次被问到了,那就回去好好研究一下,争取下一次不再被虐呗。

于是,今天我决定手敲一个生产者消费者模式压压惊。(因为我也不想以后被面试官血虐啊)

生产者消费者模式,其实很简单。无非就是生产者不停的生产数据,消费者不停的消费数据。(这不废话吗,字面意思我也知道啊)

咳咳。其实,我们可以拿水池来举例。

比如,现在要用多个注水管往水池里边注水,那这些注水管就认为是生产者。从水池里边抽水的抽水管就是消费者。水池本身就是一个缓冲区,用于生产者消费者之间的通讯。

好的,跟着我的思路。

既然生产者是生产数据的,那总得定义一个数据类吧(Data)

public class Data {
    private int id;
    private int num;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getNum() {
        return num;
    }

    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }

    public Data(int id, int num) {
        this.id = id;
        this.num = num;
    }

    public Data() {

    }
}

以上数据,假设注水管每次注水的id和注水容量num(单位是升)都是递增的。并且,单次出水管的出水量和注水管的注水量是一一对应的。

生产者的类Producer和消费者类Consumer内部都需要维护一个阻塞队列,来存储缓冲区的数据。

public class Producer implements Runnable{
    //共享阻塞队列
    private BlockingDeque<Data> queue;
    //是否还在运行
    private volatile boolean isRunning = true;
    //id生成器
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    //生成随机数
    private static Random random = new Random();

    public Producer(BlockingDeque<Data> queue){
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while(isRunning){
                //模拟注水耗时
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                int num = count.incrementAndGet();
                Data data = new Data(num, num);
                System.out.println("当前>>注水管:"+Thread.currentThread().getName()+"注水容量(L):"+num);
                if(!queue.offer(data,2, TimeUnit.SECONDS)){
                    System.out.println("注水失败...");
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void stop(){
        isRunning = false;
    }
}

消费者:

public class Consumer implements Runnable{

    private BlockingDeque<Data> queue ;

    private static Random random = new Random();

    public Consumer(BlockingDeque<Data> queue){
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Data data = queue.take();
                //模拟抽水耗时
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                if(data != null){
                    System.out.println("当前<<抽水管:"+Thread.currentThread().getName()+",抽取水容量(L):"+data.getNum());
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}

测试类,假设有三个注水管和三个出水管(即六个线程)同时运行。等一定时间后,所有注水管停止注水,则当水池空(阻塞队列为空)的时候,出水管也将不再出水。

public class TestProC {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        BlockingDeque<Data> queue = new LinkedBlockingDeque<>(10);

        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);

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        service.execute(producer1);
        service.execute(producer2);
        service.execute(producer3);
        service.execute(consumer1);
        service.execute(consumer2);
        service.execute(consumer3);

        Thread.sleep(3000);
        producer1.stop();
        producer2.stop();
        producer3.stop();

        Thread.sleep(1000);
        service.shutdown();
    }
}

运行结果如下:

到最后一次注水20L的时候,所有注水管都停止注水了,但此时水池还没空。于是,所有出水管继续消费水资源,直到最后20L也被消费完。

以上,就是一个典型的生产者消费者模式。

可以看到,这种模式有很多优点:

1)可以解耦消费者和生产者,因为它们是两个不同的类,互相之间不会产生影响。

2)支持并发。生产者只管生产数据就行了,生产完直接把数据丢到缓冲区,而不需要等消费者消费完数据才可以生产下一个数据。否则会造成阻塞,从而影响效率。

3)允许生产者和消费者有不同的处理速度。如,当生产者生产数据比较快的时候,会把消费者还没来得及处理的数据先放到缓冲区。等有空闲的消费者了,再去缓冲区拿去数据。

另外,以上的缓冲区,我们一般会使用阻塞队列。就像上边用的LinkedBlockingDeque。

这样,当队列满的时候,会阻塞生产者继续往队列添加数据,直到有消费者来消费了队列中的数据。当队列空的时候,也会阻塞消费者从队列获取数据,直到有生产者把数据放入到队列中。

阻塞队列最好使用有界队列(代码中指定的容量为10)。因为,如果生产者的速度远远大于消费者时,就会有可能造成队列的元素一直增加,直到内存耗尽。当然,这也需要看实际的业务情况。如果能保证生产者的数量在可控范围内,不会给内存造成压力,用无界队列,也未尝不可。

本文分享自微信公众号 - 烟雨星空(mistyskys),作者:烟雨星空

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2020-02-25

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