系列文章目录

设计模式之避免共享的设计模式Immutability（不变性）模式
设计模式之并发特定场景下的设计模式 Two-phase Termination（两阶段终止）模式
设计模式之避免共享的设计模式Copy-on-Write模式
设计模式之避免共享的设计模式 Thread-Specific Storage 模式
设计模式之多线程版本的if------Guarded Suspension模式
设计模式之多线程版本的if------Balking模式
设计模式之多线程分工模式— Thread-Per-Message模式
设计模式之多线程分工模式—Worker Thread模式

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前言

• Worker Thread模式类比的是工厂里车间工人的工作模式。但其实在现实世界，工厂里还有一种流水线的工作模式，类比到编程领域，就是生产者 - 消费者模式。
• 生产者 - 消费者模式的核心是一个任务队列，生产者线程生产任务，并将任务添加到任务队列中，而消费者线程从任务队列中获取任务并执行。
• 消息队列（MQ）可以被看作是一种生产者-消费者模式的实现。MQ充当了一个中间件的角色，用于解耦消息的生产者和消费者，使它们能够异步地进行通信。

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应用场景

场景

1. 消息队列：生产者-消费者模式常用于消息队列的实现中。生产者负责向队列中添加消息，而消费者则负责从队列中取出消息进行处理。

2. 数据库连接池：生产者-消费者模式可以用于管理数据库连接池。生产者负责创建新的数据库连接，将其添加到连接池中，而消费者则从连接池中获取连接并执行数据库操作。

3. 线程池：线程池的任务队列就是一个典型的生产者-消费者场景。生产者向任务队列中添加任务，而消费者则从队列中获取任务并执行。

4. 缓存系统：生产者-消费者模式可以用于缓存系统，生产者负责向缓存中添加数据，而消费者则从缓存中获取数据。

5. 计算任务分发：在分布式系统中，生产者-消费者模式可以用于将计算任务分发到各个工作节点，生产者负责创建任务并将其添加到任务队列中，而消费者则从队列中获取任务并执行。

样例

import java.util.concurrent.*;/*** @author yang* @version 1.0.0* @date 2024/1/16 18:18*/
public class ProducerConsumerExample {public static void main(String[] args) {ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);Producer producer = new Producer(queue);Consumer consumer = new Consumer(queue);executor.submit(producer);executor.submit(consumer);executor.shutdown();}
}
class Producer implements Runnable {private BlockingQueue<Integer> queue;public Producer(BlockingQueue<Integer> queue) {this.queue = queue;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {System.out.println("生产>>>>>数据" + i);queue.put(i);Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
class Consumer implements Runnable {private BlockingQueue<Integer> queue;public Consumer(BlockingQueue<Integer> queue) {this.queue = queue;}@Overridepublic void run() {while (true) {try {int value = queue.take();System.out.println("数据>>>>消费" + value);Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

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优缺点

优点

1. 解耦性：生产者和消费者之间通过中间的缓冲区（队列）进行通信，从而实现了解耦，生产者和消费者可以独立进行处理，提高了系统的灵活性和可维护性。

2. 并发控制：生产者-消费者模式可以有效地控制多个线程之间的并发访问，通过合理地控制缓冲区的大小和生产者、消费者的速度，可以避免生产者和消费者之间的竞争和阻塞。

3. 提高系统吞吐量：通过并行处理和异步通信，生产者-消费者模式可以提高系统的吞吐量和性能。

4. 消除生产者与消费者之间速度差异：即削峰填谷

缺点

1. 复杂性：实现生产者-消费者模式需要考虑到并发访问、同步和互斥控制等问题，增加了系统的复杂性。

2. 容易出现问题：由于生产者和消费者之间的异步通信，可能导致一些问题的出现，比如数据一致性问题、死锁、过饱等，并发编程中的典型问题会增加对开发者的要求。

3. 性能问题：如果生产者生产的速度远大于消费者的处理速度，可能导致队列满，从而影响系统的响应速度，需要设计合理的流量控制和调整。